DE1930111C3 - Optical device for measuring the movement of parts moving in relation to one another - Google Patents
Optical device for measuring the movement of parts moving in relation to one anotherInfo
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- G01D5/26—Mechanical 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 characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zum Messen der Bewegung von gegeneinander bewegten Teilen, von denen das bewegte mit einem Bereich von gegenüber seiner Umgebung unterschiedlichem Reflexionsvermögen ausgestattet ist, mit einer Licbtfaseroptik, die ein erstes, das bewegte Teil an der Abtaststelle mittels einer Lichtquelle beleuchtendes Bündel aus senkrecht zur Bewegungsrichtung zeilenförmig linear angeordneten Lichtleitfasern und ein zweites, die vom bewegten Teil an der Abtaststelle reflektierte, sich entsprechend der Bewegung verännie genannte optische Vorrichtung dient zur Aufnahme der Kurve 5 = / (/) von vorzugsweise Weinen mechanischen Teilen, um deren Bewegungsabläufe zu erkennen und zu analysieren und sie gegebenenfalls mit zugeordneten elektrischen Zeitfunktionen z.B. der Stromkurve eines Magneten, der das betreffende Teil bewegt in Zusammenhang zu bringen. Messun- «-n dieserArt sind in der Praxis notwendig, um den Eneraebedarf und -verlauf für eine gewünschte Bewegung richtig zu steuern und unerwünschte Bewegungsabläufe (beispielsweise Schwingungen) zu verhindern. (Ι1.. . . ,The invention relates to an optical device for measuring the movement of mutually moving parts, of which the moving part is equipped with a range of reflectivity that differs from its surroundings, with optical fiber optics which have a first bundle illuminating the moving part at the scanning point by means of a light source of optical fibers arranged linearly perpendicular to the direction of movement and a second optical device, which is reflected from the moving part at the scanning point and which changes according to the movement, is used to record the curve 5 = / (/) of preferably wine mechanical parts in order to control their movement sequences recognize and analyze them and, if necessary, relate them to associated electrical time functions, for example the current curve of a magnet that moves the part in question. Measurements of this kind are necessary in practice in order to correctly control the energy requirement and progression for a desired movement and to prevent undesired movement sequences (for example vibrations). (Ι1 .... ,
Ausder erhaltenen Kurve s = /d), die den zuruckeetegten Weg in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt lassen sich ferner im Bedarfsfall auch die Kurven ν (ti und b (t). also Geschwindigkeit und Beschleunigung in Abhängigkeit von der Zeit, ableitenFrom the curve s = / d) obtained, which shows the distance traveled as a function of time, the curves ν (ti and b (t), i.e. speed and acceleration as a function of time, can also be derived if necessary
Eine optische Vorrichtung, die beruhrungsfrci und ohne Beeinflussung des zu messenden Teils arbeitet, ist zur Lage- und Längenmessung bekannt (deutsche Offcnlegungsschrift I 448 394). Sie besteht aus einer Reihe langgestreckter Strahlcnuhertragungselemente uie die Strahlung über ihre gesamte Lange durch Mehrfach-Innenreflexion übertragen, wobei die Autnehmeenden der Elemente jeweils einen langgestreckten Querschnitt besitzt 1 und in einer Reihenanordnung mit den Längsseiten parallel zueinander mit engem Abstand nebeneinander angeordnet sind, während die anderen Enden der Elemente jeweils einzeln Strahlungsempfängern gegenüberliegen, wobei die von einem Element übertragene Strahlung jeweils einen einzigen Strahlungsempfänger erreg!. Mit dieser Vorrichtung läßt sich zwar die Lage und die Länge eines strahlenaussendenden Korpers, /.. B eines rotglühenden Bleches, feststellen, nicht aber die Bewegung eines beliebigen mechanischen Teils η Abhängigkeit von der Zeit messen.An optical device that touches and works without influencing the part to be measured, is known for position and length measurement (German Publication I 448 394). It consists of one Series of elongated beam transmission elements and the radiation over their entire length transmitted by multiple internal reflection, the Accepting ends of the elements each have an elongated one Cross-section has 1 and in a row with the long sides parallel to each other closely spaced side by side, while the other ends of the elements each individually opposite radiation receivers, the radiation transmitted by an element in each case excite a single radiation receiver. With this device, the location and the Length of a body emitting radiation, / .. B one red-hot sheet metal, but not the movement of any mechanical part η Measure as a function of time.
Für Bewegungsaufnahmen an schnellen Mechanismen ist eine optische Meßsonde nach dem Prinzip der Lichtschranke bekannt (Industrie-Anzeiger. Jg. 91. Nr. 4. Seite 24 bis 2ft). Bei ihr wird ein paralleles Lichtbundel über ein Prisma in einen Meßspalt gelenkt, in den eine am zu messenden Teil angebrachte Fahne eintaucht und mehr oder weniger große Teile des Lichtes ausblendet An der anderen Seite des Meßspaltes befindet sich ein zweites Prisma, das das restliche Licht auf eine Fotozelle lenkt. Diese Einrichtung setzt voraus, daß das /u messende Teil von beiden Seiten zugänglich ist; sonst muß es mit einer starr daran befestigten Fahne versehen werden, die das Gewicht des Teils und damit seine Bewegung verändert. Die Parallelisierung des Lichtes einerseits und seine Konzentration auf die Fotozelle andererseits erfordern neben den Prismen beiderseits des Meßspaltes weitere optische Systeme, die die Sonde so unförmig machen, daß damit nur an leicht zugänglichen Stellen, nicht aber im Innern von mechanischen Aufbauten gemessen werden kann.An optical measuring probe based on the principle of Light barrier known (Industrie-Anzeiger. Volume 91. No. 4. Page 24 to 2ft). With her, a parallel bundle of light is directed into a measuring gap via a prism, into which a flag attached to the part to be measured is immersed and more or less large parts of the light fades out. On the other side of the measuring gap there is a second prism directs the remaining light onto a photocell. This setup assumes that the / u measuring part of both Pages is accessible; otherwise it must be provided with a rigidly attached flag to bear the weight of the part and thus its movement. The parallelization of light on the one hand and his Concentration on the photocell, on the other hand, requires the prisms on both sides of the measuring gap other optical systems that make the probe so misshapen that it can only be used in easily accessible places, but cannot be measured inside mechanical structures.
Ferner ist ein Abstandsaufnehmer bekannt, der aus einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Anordnung sowie zwei Bündeln von Lichtleitern besteht, von denen das eine zur Lichtquelle und das andere zur lichtempfindlichen Anordnung führt und beide anFurthermore, a distance sensor is known which consists of a light source and a light-sensitive arrangement as well as two bundles of light guides, one to the light source and the other leads to the photosensitive arrangement and both
abtastungscanning
nebeneinander angeordnet sind (brift 1 062967). Der Abstandsauf nehwinzige Verlagerungen. Schwingunlische Spannungen an einem Prüfling dessen Oberflächenbeschaffenheit zu Bewegung von Drehteilen aufzuneh- em Zweck muß das Gerät in einem Minvonj Prüfling, der des>ien Maximalhub , so angeordnet werden, daß die Lichtleiter teile in Bewegungsrichtung des Prüflings ;i einer Lageänderung des Prüflings sich zwischen diesem und den Lichtleitern Aufnahme von Bewegungsabläufen ist jnung nicht geeignet, daß sie sich wegen adsbedingung schwer justieren läßt und nur limeter Hub erlaubt und da ferner der Zu- _ zwischen dem Abstand einerseits und erlichtempfindlichen Anordnung daraufhin Strom andererseits nicht linear ist. und Faksimileübertragungen ist es ebennt, Lichtleiter einzusetzen, die zur Parallelvon Faksimiles in einer Reihe untereinander angeordnet werden (USA-Patentschrift \ 751 584).are arranged next to each other (brift 1 062967). The distance to tiny displacements. Aufzuneh- Schwingunlische voltages to a device under test whose surface texture to movement of turned parts em purpose the device must in a Minvonj candidate who will be disposed of> ien maximum stroke such that the light guide parts in the direction of movement of the test specimen; i a change in position of the test specimen located between this and the fiber optics recording of motion sequences is not suitable because it is difficult to adjust due to the adsorption conditions and only allows a limeter of travel and furthermore because the addition between the distance on the one hand and the light-sensitive arrangement on the other hand is not linear. and facsimile transmissions is ebennt to use light guides, which are arranged to Parallelvon facsimiles in a row with each other (US Patent \ 751,584).
Daneben ist eine Einrichtung zum Messen der Größe oder Geschwindigkeit von Gegenständen bekannt, die mit senkrecht zur Bewegungsrichtung des tu messenden Teils angeordneten Lichtleitfasern arbeitet. Das zu messende Teil ist in Bewegungsrichtung abwechselnd mit reflektierenden und nicht-reflektielenden Flächen versehen, und die Lichtleitfasern sind derart angebracht, daß ihre Hndflachen eine in Bewegungsrichtung des zu messenden Teils verlaufende Kette bilden, wobei sich jeweils eine Gruppe von Lichtleitfasern, die zu einer Lichtquelle führen, und eine Gruppe von Lichtleitfasern, die zu einer lichtempfindlichen Anordnung führen, miteinander abwechseln und die Anzahl der Lichtleitfasern pro Gruppe so gewählt ist, daß die räumliche Ausdehnung jeder Lichtleitfasergruppe gerade der Länge jeder reflektierenden und nicht-reflektierenden Fläche entspricht (schweizerische Patentschrift 468 629). Beim Vorbeibewegen des zu messenden Teils an der Lichtleitfaserkette gibt die lichtempfindliche Anordnung ein zyklisches Signal ab, dessen Maxima da liegen, wo die reflektierenden Flächen den lichtaussendenden Lichtleitfasern gegenüberstehen, und dessen Minima die Positionen bezeichnen, wo die nicht-reflektierenden Rächen den genannten Lichtleitfasern gegenüberstehen. Durch Frequenzmessung ist die Geschwindigkeit der Bewegung und durch Auszählen der Maxima oder Minima der zurückgelegte Weg zu ermitteln. Die Funktion s (t). also der genaue Bewegungsablauf etwa zwischen einem Maximum und einem Minimum, kann durch diese Anordnung nicht aufgenommen werden, da sie nur Hell-Dunkel-Aufeinanderfolgen meldet.In addition, a device for measuring the size or speed of objects is known, which works with optical fibers arranged perpendicular to the direction of movement of the measuring part. The part to be measured is provided with reflective and non-reflective surfaces alternately in the direction of movement, and the optical fibers are attached in such a way that their end faces form a chain running in the direction of movement of the part to be measured, with each group of optical fibers leading to a light source lead, and a group of optical fibers, which lead to a light-sensitive arrangement, alternate with one another and the number of optical fibers per group is selected so that the spatial extent of each optical fiber group corresponds precisely to the length of each reflective and non-reflective surface (Swiss patent 468 629 ). When the part to be measured moves past the optical fiber chain, the light-sensitive arrangement emits a cyclical signal, the maxima of which are where the reflective surfaces are opposite the light-emitting optical fibers, and the minima of which denote the positions where the non-reflective surfaces are opposite the optical fibers mentioned. The speed of movement can be determined by frequency measurement and the distance covered by counting the maxima or minima. The function s (t). that is, the exact sequence of movements between a maximum and a minimum, for example, cannot be recorded by this arrangement, since it only reports light-dark successions.
Zur Messung der Amplitude und anderer charakteristischer Größen (Frequenz und Phase) eines in einer Ebene schwingenden Systems ist eine Anordnung bekannt, bei der ein Lichtbündel auf das schwingende Intern gerichtet ist und das System an seiner Oberfläche innerhalb des Auftreffbereichs des Lichtbündels eine das Licht reflektierende Fläche bestimmter geo-Tnetrischer Gestalt aufweist, die so beschaffen ist, daß der reflektierte Teil des Lichtbündels abhängig von der Amplitude bzw. der Phase und Frequenz ist (deutsche Auslegeschrift 1073 211). Hier ist eine aufwendige optische Anordnung sowohl zur Lichtbündelung auf das System als auch zur Aufnahme des reflektierten Uchts erforderlich, die den ungehinderten Zugang einer größeren Apparatur zu dem zu messenden Teil voraussetzt. Außerdem ist zwar die Schwingungsamplitude bzw. -Frequenz oder -Phase erfaßbar, nicht erfaßbar sind aber die Momentwerte des Bewegungsablaufs, z. B. bis zum Erreichen der Amplitude, da wegen dci Nichtpunktförmigkeit realer Lichtquellen und der dadurch verursachter ungleichmäßigen Lichtstärkeverteilung auf dem zu messenden System keine lineare Beziehung zwischen Weg und Lichtstärke herstellbar ist.For measuring the amplitude and other characteristic quantities (frequency and phase) one in one An arrangement is known in the plane vibrating system in which a light beam hits the vibrating Is directed internally and the system on its surface within the area of incidence of the light bundle, a surface reflecting the light of certain geo-tnetricals Has shape which is such that the reflected part of the light beam is dependent on the amplitude or the phase and frequency is (German Auslegeschrift 1073 211). Here is an elaborate one optical arrangement both for focusing light on the system and for receiving the reflected Uchts necessary that the unimpeded access of a larger apparatus to the to be measured Part assumes. In addition, although the oscillation amplitude or frequency or phase can be detected, However, the moment values of the motion sequence cannot be recorded, e.g. B. until the amplitude is reached, because of the non-punctiformity of real light sources and the resulting uneven light distribution on the system to be measured no linear relationship between distance and light intensity can be established.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Beweis gungsabläufe in jedem Moment der Bewegung zu erfassen, also die Weg-Zeit-Funktion exakt zu messen, wobei die bewegten Teile sich beliebig schnell und beliebig weit aus ihrer Ruhelage entfernen können und wobei die Meßsonde berührungsfrei arbeitet, das ao Meßobjekt nicht beeinflußt und auch Messungen an schwer oder einseitig zugänglichen Stellen, z. B. an einem inmitten einer Reihe weiterer Tasthebel angeordneten Tastenhebel einer Tastatur, gestattet.The invention is based on the task of detecting evidence processes at every moment of movement, So to measure the path-time function exactly, with the moving parts moving as quickly and as required can move as far from their rest position and the measuring probe works without contact, the ao measuring object not influenced and measurements in difficult or one-sided accessible places, z. B. on one key levers of a keyboard arranged in the midst of a number of further tactile levers.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs be- »5 schriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine räumliche Orientierung der zellenförmig linear angeordneten Lichtleitfasern gegenüber dem bewegten, gegenüber seiner Umgebung unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweisenden Bereich und eine geometrische Form dieses Bereichs derart, daß die Anzahl der das Licht an die die Lichtmenge aufnehmende Anordnung zurückführenden Lichtleitfasern innerhalb einer Zeile zu jedem Zeitpunkt der Stellung des bewegten Teils in linearer Zu-Ordnung entspricht.Starting from a device of the type described at the outset, this object is achieved according to the invention solved by a spatial orientation of the cellular linearly arranged optical fibers opposite the moving area, which has different reflectivities compared to its surroundings and a geometric shape of this area such that the number of the light to the the amount of light receiving arrangement returning optical fibers within a row at any point in time corresponds to the position of the moving part in a linear assignment.
Die Lichtleitfasern können auf Grund ihrer Biegsamkeit um Ecken und durch Spalte geführt werden. Durch die Leitleitfasern des ersten Bündels wird das zu messende bewegte Teil beleuchtet, und die Lichtleitfasern des zweiten Bündels führen die von diesem Teil reflektierte Lichtmenge einer lichtempfindlichen Anordnung, beispielsweise einer Fotozelle, Fotodiode oder einem Fotowiderstand i\x. Durch die lineare Anordnung der Lichtleitfasern beider Bündel nebeneinander ist an der lichtempfindlichen Anordnung ein Meßwert abnehmbar, der jeweils der Ausdehnung des gerade an der Meßstelle befindlichen Teils des auf dem Meßobjekt angebrachten definierten Bereichs von gegenüber seiner Umgebung unterschiedlichem Reflexionsvermögen entspricht. Ein derartiger Bereich kann einfach durch Aufkleben eines dünnen weißen oder glänzenden Papiers auf das Meßobjekt geschaffen werden. Die Meßwerterfassung wird, da nach obigem der von der lichtempfindlichen Anordnung gelieferte Wert der Ausdehnung des gerade abgetasteten Abschnitts entspricht, besonders einfach, wenn dieser Bereich nicht gleichmäßig, z. B. quadratisch ist, sondern seine Schnitte senkrecht zur Bewegungsrichtung wachsende oder abnehmende Längen ergeben. Eine Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich unterschiedlichen Reflexionsvermögens entsprechend der zu messenden Funktion ausgebildet ist, d. h. zur Aufnahme einer linearen Funktion dreieckförmig, zur Aufnahme eines Winkels in Form einer geometrischen Figur von mit dem Winkel zunehmender Breite und zur Aufnahme einer quadratischen oder anderen nichtlinearen Funktion mit entsprechenden nichtli-The optical fibers can be guided around corners and through gaps due to their flexibility. The moving part to be measured is illuminated by the guide fibers of the first bundle, and the optical fibers of the second bundle guide the amount of light reflected from this part to a light-sensitive arrangement, for example a photocell, photodiode or a photoresistor . Due to the linear arrangement of the optical fibers of the two bundles next to one another, a measured value can be taken from the light-sensitive arrangement which corresponds to the extent of the part of the defined area on the measured object which is located on the measuring point and has a different reflectivity in relation to its surroundings. Such an area can be created simply by sticking a thin white or glossy paper on the measurement object. Since, according to the above, the value supplied by the light-sensitive arrangement corresponds to the extent of the section being scanned, the measurement value acquisition is particularly simple if this area is not uniform, e.g. B. is square, but its cuts perpendicular to the direction of movement result in increasing or decreasing lengths. An embodiment of the invention is therefore characterized in that the area of different reflectivities is designed according to the function to be measured, ie triangular to accommodate a linear function, to accommodate an angle in the form of a geometric figure of width increasing with the angle and to accommodate a square one or other non-linear function with corresponding non-linear
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nearen Begrenzungslinien. telbar der Ausdehnung des zu diesem Zeitpunkt vornear boundary lines. remotely the expansion of the at this point in time
Die Genauigkeitsgrenze der Lichtfaseroptik ist dort der Meßstelle befindlichen reflektierenden Bereichs, erreicht, wo das Auflösungsvermögen der Lichtleitfa- Weist das Meßobjekt also nicht parallele, sondern sern aufhört. Eine Weiterbildung der Erfindung über- beispielsweise aufeinander zulaufende Begrenzungsschreitet diese Grenze einfach dadurch, daß zwischen 5 kanten auf, steigt oder fällt der an der Fotodiode 4 dem bewegten Teil und dem gemeinsamen Ende bei- abnehmbare Strom während einer Bewegung des der Bündel von zellenförmig linear angeordneten Meßobjekts im gleichen Maße, wie sich die reflektie-Lichtleitfasern optische Mittel vorgesehen sind, die rende Fläche an der Meßstelle ändert. Im allgemeinen den auf dem bewegten Teil angebrachten, gegenüber kann man bei den Meßobjekten keine bestimmte seiner Umgebung unterschiedliches Reflexionsver- w Form voraussetzen; deshalb wird das Meßobjekt mit mögen aufweisenden Bereich auf dem gemeinsamen einem reflektierenden Bereich versehen, der eine für Ende beider Bündel von Lichtleitfasern abbilden. die Meßwerterfassung besonders geeignete Form hat. Diese zusätzlichen optischen Mittel bewirken vor- Dies wird an Hand der in F i g. 2 und 3 gezeigten Anzugsweise eine Vergrößerung des auf dem bewegten Wendungsbeispiele beschrieben. Teil befindlichen Bereichs unterschiedlichen Refle- i5 In Fig. 2 ist als Meßobjekt ein Tastenhebel 5 mit xionsvermögens. einem Ansatz 5a dargestellt, der sich in PfeilrichtungThe accuracy limit of the optical fiber optics is the reflecting area located there, reaches where the resolving power of the fiber optics. So the measurement object is not parallel, but rather sern stops. A further development of the invention exceeds this limit, for example converging limits, simply by the fact that the edge at the photodiode 4 rises, rises or falls between five the moving part and the common end at- removable current during a movement of the the bundle of cell-shaped, linearly arranged measuring objects to the same extent as the reflecting optical fibers optical means are provided, changing the surface area at the measuring point. In general the one attached to the moving part, opposite one cannot find a specific one for the objects to be measured presuppose different reflections in their surroundings; therefore the DUT is with like having area provided on the common a reflective area which is one for Map the end of both bundles of optical fibers. the recording of measured values has a particularly suitable form. These additional optical means have the effect that this is shown in FIG. 2 and 3, an enlargement of the examples shown on the moving turn. Part of the area with different reflections. In FIG xion ability. an approach 5a shown, which is in the direction of the arrow
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile beste- auf und ab bewegt. Um den Ablauf dieser Bewegung hen insbesondere darin, daß durch einfache Mittel und zu erfassen, ist der Ansatz 5 a mit einem Dreieck 6 ohne schwierige Einstellarbeiten genaue Messungen aus weißer Farbe oder aufgeklebtem weißen Papier von Bewegungsabläufen einschließlich aller Momen- «° versehen. Ihm gegenüber wird die Lichtfaseroptik mit tanwerte, auch an schwer zugänglichen Stellen und ihrem Ende α. wie gestrichelt angedeutet, angebracht, ohne Eingriff in diese Abläufe, möglich sind, daß fer- Der Tastenhebel befindet sich dabei in seiner (oberen) ner durch entsprechende Ausgestaltung des reflektie- Ruhestellung. In dieser Position gelangt noch kein renden Bereichs nicht nur lineare Funktionen, son- Licht /ur Fotodiode 4 und erzeugt dort dementspredern auch deren Ableitungen sowie Kreisfunktionen »5 chend auch keinen Strom Beim Niederdrücken dcv unmittelbar als Meßwerte erhalten werden und dar- Tastenhebels 5 bewegt sich sein Ansät? 5a mit dem stellbar sind. Durch die Form des reflektierenden Be- Dreieck 6 nach unten, und im gleichen Maße, wie der reichs können auch Nichtlinearitäten, die z. B. bei der reflektierende Bereich vor der Meßstelle zunimmt, die Lichtmenge aufnehmenden Anordnung vorhan- wachst auch der von der Fotodiode 4 gelieferte Strom, den sein könnten, kompensiert werden. Außerdem ist 30 Bei gleichförmigem Ablauf der Bewegung stiege dicdie optische Vorrichtung gemäß der Erfindung sta- ser Strom linear an. bei Unregelmäßigkeiten im Betisch eichbar, so daß sie stets vergleichbare Ergebnisse wegungsablauf sind diese unmittelbar aus den Abwciliefert. chungen des Fotodiodenstroms von einem linearenThe advantages that can be achieved with the invention are best moved up and down. About the course of this movement hen in particular that by simple means and to grasp, the approach 5 a with a triangle 6 Accurate measurements from white paint or white paper glued on without difficult adjustment work of motion sequences including all moments. Opposite it is the optical fiber optics tan values, even in hard-to-reach places and their end α. as indicated by dashed lines, attached, without interfering with these processes, it is possible that the key lever is in its (upper) ner through appropriate design of the reflective rest position. In this position none has reached yet in the range not only linear functions, but also light / ur photodiode 4 and there also generates their derivatives as well as circular functions can be obtained immediately as measured values and the key lever 5 is moving its seed? 5a with the are adjustable. Due to the shape of the reflective triangle 6 downwards, and to the same extent as the Reichs can also use non-linearities, e.g. B. increases in the reflective area in front of the measuring point, the arrangement that receives the amount of light also increases the current supplied by the photodiode 4, that could be compensated. In addition, if the movement proceeded uniformly, the optical device according to the invention would increase the current linearly. can be calibrated in the case of irregularities in the table, so that you always have comparable results. changes of the photodiode current from a linear
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Anstieg zu erkennen. Auf einem angeschlossenen Osin den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiels 35 ziHographen. der den Stromverlauf wiedergibt, ist dabeschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert Es mit der Bewegungsablauf direkt abzulesen. Wenn der stellen dar Hebel 5 mit Ansatz 5a nicht von Hand, sondern übciIn the following, the invention will be recognized on the basis of an increase. On a connected os in the embodiment 35 shown in FIGS. 1 to 3 ziHograph. which reproduces the course of the current is described and explained in its mode of operation. It can be read directly with the sequence of movements. If the represent lever 5 with approach 5a not by hand, but üci
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für die Lichtfaser- einen Magneten ο ä. bewegt wird, läßt sich gleichzeioptik, tig der Verlauf des Antriebsstroms oszillographischFig. 1 an embodiment for the optical fiber a magnet ο Ä. Is moved, can simul-optics, tig the course of the drive current oscillographic
Fig. la eine vergrößerte Darstellung des rechten 40 abbilden und so eine Zuordnung von Antrieb und BeTeils von Fig. 1. wegung erhalten.Fig. La depict an enlarged representation of the right 40 and thus an assignment of the drive and BeTeils of Fig. 1 received movement.
Die in F i g. 1 gezeigte Lichtfaseroptik besteht aus die Basis des Dreiecks 6 und dann ein ständig abnehzwei Bündeln 1 und 2 von einzelnen Lichtleitfasern 45 mender Bereich an der Meßstelle a. der einen ent-1/1 ... η und 2/1 ... η bekannter Bauart. sprechend absinkenden Strom durch die Fotodiode 4The in F i g. 1 shown optical fiber optics consists of the base of the triangle 6 and then a constantly decreasing two bundles 1 and 2 of individual optical fibers 45 mender area at the measuring point a. the one ent-1/1 ... η and 2/1 ... η of known design. speaking falling current through the photodiode 4
Das Bündel 1 liegt mit seinem Ende b an einer zur Folge hat. Auch hier prägen sich Schwingungen Lichtquelle 3 und führt deren licht zum Ende α.das u. dgl. des Tastenhebels 5 unmittelbar in Abweichunan die Meßstelle gebracht wird. Das Bündel 2 leitet gen des Fotodiodenstroms von einer linear fallender die an der Meßstelle, also an seinem Ende α aufge- so Kurve aus.The bundle 1 lies with its end b on one result. Here, too, vibrations are shaped by the light source 3 and its light leads to the end α. The etc. of the key lever 5 is brought directly to the measuring point in deviation. The bundle 2 conducts the photodiode current from a linearly falling curve from the curve recorded at the measuring point, that is to say at its end α.
nommene reflektierte Lichtmenge zu einer Foto- Wenn, wie in Fig. 3 angedeutet ist. die Bewegungtaken reflected light amount to a photo If, as indicated in Fig. 3 is indicated. the movement
diode 4, die unmittelbar am Ende b des Bändels 2 eines rotierenden Meßobjekts 7 aufzunehmen ist angeordnet ist. Dabei sind die Lichtlettfasern 1 /1... η wird an Stelle eines Dreiecks ein reflektierender Be und 2/1 ... η beider Bündel 1 and 2 am Ende α so ge- reich 8 von der Gestalt eines um eine gedachte kon führt, daß sich - linear angeordnet - jeweils eine 55 zentrische Mittellinie 9 gekrümmten Dreiecks au Faser aus dem Bündel 1 neben einer Faser aus dem dem Meßobjekt 7 angebracht, um die gleichen Ergeb Bündel 2 befindet. Diese Anordnung ist in Fig. la nissc wie beim vorhergehenden Beispiel zu erhal vergrößert wiedergegeben. ten.diode 4, which is arranged to be received directly at the end b of the ribbon 2 of a rotating test object 7. The Lichtlett fibers are 1/1 ... η instead of a triangle a reflective Be and 2/1 ... η of both bundles 1 and 2 at the end α so about 8 of the shape of an imaginary con, that - arranged linearly - there is in each case a central center line 9 of curved triangle made of fibers from bundle 1 next to a fiber from which is attached to measurement object 7, around the same result bundle 2. This arrangement is shown enlarged in Fig. La nissc as in the previous example to be obtained. th.
objekt beleuchtet, während die Fasern 2/1.. η das 60 anderen Fällen leicht dem Anwcndungsfall anzupas vom Meßobjekt reflektierte Licht der Fotodiode 4 zu- sen. Soll eine lineare Funktion, beispielsweise di führen. Die Fotodiode 4 hefen einen Kurzschluß- Weg-Zeit-Funktion, aufgenommen werden, ist de. strom, der linear von der Stärke des auf sie fallenden reflektierenden Bereich einfach die Form zu geber reflektierten Lichts anhängt. Da gemäß Fig. 1 a die die bei gleichmäßiger Bewegung einen linearen Απ Fasern 1/1.. η und 2/1.. .n beider Bündel 1 und 2 65 stieg oder Abfall des Fotodiodenstroms zur Folg am Ende α über die gesamte Meßstelle gleichmäßig hätte. Auf diese Weise lassen skit auch Ntchthneariti verteilt sind, entspricht der von der Fotodiode 4 zu ten in der Kennlinie der Fotodiode 4 durch entspn jedem Zeitpunkt gelieferte Kurzschlußstrom unmit- chcndc Kantenkrümmung des reflektierenden B* object illuminated, while the fibers η 2/1 .. anzupas the 60 other cases, the easily Anwcndungsfall to-sen from the object to be measured reflected light of the photodiode. 4 Should lead to a linear function, for example di. The photodiode 4 yeast a short-circuit-travel-time function, are recorded, is de. current, which linearly depends on the strength of the reflective area falling on it, the shape of the light reflected by the transmitter. Since, according to FIG. 1 a, the linear Απ fibers 1/1 .. η and 2/1 .. .n of both bundles 1 and 2 65 increased or the photodiode current decreased uniformly at the end α over the entire measuring point would have. In this way, skit also Ntchthneariti are distributed, corresponds to that of the photodiode 4 to th in the characteristic curve of the photodiode 4 due to the short-circuit current supplied at any point in time immediately after the curvature of the edge of the reflective B *
reichs 6 bzw. 8 ausgleichen.balance reichs 6 or 8.
In manchen Fällen mag nicht der Weg, sondern die Geschwindigkeit oder auch die Beschleunigung des bewegten Teils Soder 7 interessieren. Beide Angaben lassen sich aus der Weg-Zeit-Funktion mathematisch oder elektrisch ableiten und können im letzteren Falle unmittelbar auf dem Oszillographen dargestellt werden. In some cases, it is not the path, but the speed or acceleration of the moving part Soder 7 are interested. Both details can be derived mathematically from the distance-time function or derive electrically and in the latter case can be displayed directly on the oscilloscope.
Wenn das zu untersuchende Teil 5 bzw. 7 sehr klein ist und einen entsprechend kleinen reflektierenden Bereich 6 bzw. 8 verlangt, kann davor ein nicht dargestelltes Objektiv angeordnet werden, das das Dreieck 6 (8) vergrößert auf dein Bündelende α abbildet. Ohne ein derartiges Objektiv sind Bewegungen von wenigen Millimetern in der Praxis noch sehr gut aus-If the part to be examined 5 or 7 is very small and requires a correspondingly small reflective area 6 or 8, a lens (not shown) can be arranged in front of it, which images the triangle 6 (8) enlarged onto the end of the bundle α . Without such a lens, movements of a few millimeters are still very well recognized in practice.
wertbar, mit zusätzlichen Objektiven gelangt man um einige Größenordnungen darunter.worthwhile, with additional lenses you get a few orders of magnitude lower.
Die beschriebene Anordnung ist statisch eichbar, und zwar entweder bei voller Reflexion durch entsprechende Einstellung des dann erhaltenen Maximalwerts des von der Fotodiode 4 gelieferten Stroms bzw. einer daraub,gewonnenen Spannung oder umgekehrt bei minimaler Reflexion. Zur Überprüfung dei Linearität lassen sich selbstverständlich auch beliebigThe arrangement described can be statically calibrated, either with full reflection by appropriate Setting of the then obtained maximum value of the current supplied by the photodiode 4 or a tension gained from it or vice versa with minimal reflection. To check the linearity, you can of course also do any
ίο viele Zwisrhenwerte statisch kontrollieren, indem bei einem definierten Weg die zugeordnete Ausgangsspannung auf Proportionalität geprüft wird. Diese Eichung gilt dann auch für den dynamischen Fall. Aul diese Weise werden stets vergleichbare Ergebnisseίο statically check many intermediate values by using the assigned output voltage is checked for proportionality in a defined way. These The calibration then also applies to the dynamic case. In this way, results are always comparable
hoher Genauigkeit erzielt.high accuracy achieved.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
509608.114509608.114
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1969
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|---|---|---|---|
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| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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