DE1958293A1

DE1958293A1 - Vorrichtung zum Messen eines Abstandes oder einer Position

Info

Publication number: DE1958293A1
Application number: DE19691958293
Authority: DE
Inventors: Howbrook Ernest Cheadle Hulme
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1968-11-26
Filing date: 1969-11-20
Publication date: 1970-07-09
Also published as: GB1259787A; SE353854B; FR2024282A1

Description

Vorrichtung zum Messen eines Abstandes oder einer Position

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, bei der· eine Anzahl von elektrischen Leitern parallel, radial oder spiralförmig angeordnet sind, die gruppenweise mit einer n-Phasenstromquelle verbunden sind.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt, wobei die erfindun^, gemäße Vorrichtung im Gegensatz zu den bekannten Mitteln zahlreiche Vorteile aufweist, die nachfolgend beschrieben sind.

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Die Erfindung besteht dabei darin,'daß jede Gruppe aus 2n-Leitern besteht, wobei η eine ungerade Zahl ist, und daß die Verbindungen der Leiter so erfolgen, daß die Ströme der Mehrphasenquelle aufeinanderfolgend mit den entsprechenden Enden von jedem anderen Leiter in der Gruppe, beginnend mit dem ersten Leiter, verbunden sind, und daß die Leiter in den Gruppen so verbunden sind, daß. die Ströme in den ungeraden Leitern in der einen Richtung und in den geraden Leitern in der entgegengesetzten Richtung in besagter Reihenfolge, und daß eine zu den Leitern in senkrechter Richtung verschiebbare Spule, bezvi. Spulen vorgesehen ist (sind), und daß am Ausgang der Spulen Diskriminatoren angeordnet sind, die mit einer Bezugsphase verbunden sind, daß ein an dem Diskriminator angeschlossenes Anzeigegerät vorge.sehen jsb·

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ansprüchen.

Es zeigen, in schematischen Skizzen,

Figur 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ansicht,

Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung,

Figur 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform,

Figur 4 eine derartige Vorrichtung,bei der die einzelnen Leiter radial und kreisringförmig angeordnet sind und

Figur 5 eine Abwandlung des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels.

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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach. Figur 1 wird eine Abtastspule 1 in Pfeilrichtung S. entlang einer isolierenden Unterlage 3 verschoben, wobei auf der isolierenden Unterlage eine Anzahl von Leitern 2 angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Drehstromquelle mit den Phasen B,R und Γ verwenden, wobei die Leiter 2 in Sschsergruppen vorgesehen sind,d.h. entsprechend der doppelten Zahl der- Phasen. Dabei ist die Drehstromquelle mit dem Bezugszeichen.4· versehen. Dabei sind zwei der Phasen über Verbindungsleitungen 6 salt einem Phasen-Diskriminator 5 verbunden, an dessen Ausgang ein Anzeigegerät 7 angeschlossen ist* Die Phasendrähte sind zu Leitern verbunden, wie in der Zeichnung dargestellt, so daß jede nachfolgende Verbindung einen Leiter ausläßt. Die anderen Enden der Leiter sind so verbunden, daß jeweils zwei Leiter übergangen werden und das Ende dann mit dem Dritten einer jeden Gruppe verbunden wird. Nimmt man an, daß der erste Leiter die Null-Phase darstellt, dann ergibt sich im zweiten Leiter eine Phasenverschiebung von 6o° im dritten Leiter von 120°, im vierten Leiter von 180° usw. Im siebten Leiter ergibt sich dann wieder die Null-Phase.

Die Abtastspule .1 befindet sich unmittelbar über den Leitern 2, wobei deren Windungen parallel zu den Leitern verlaufen, damit; die Spule von den magnetischen Feldern der Leiter durchsex.^ werden. Die Leiter 2 sind in der Zeichnung in Form von Dränen dargestellt, wobei es sich jedoch um flache Streifen hande_'c, deren Abstand zueinander sehr gering ist.

Wenn die Spule 1 über sechs Leiter läuft, dann ändert sicj. die Phase der in ihr induzierten Spannung langsam vcn 0 auf 360° und geht bei dem siebten Leiter auf 0 zurück. Wo auch die Spule in jeder einzelnen Gruppe liegt, so zeigt doch

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die Phase der induzierten Spannung genau die Lage der Spule in Verbindung mit den einzelnen Gruppen der entsprechenden Leiter an.

Die Spule 1 ist mit einem Dikriminator 5 verbunden, wo ihre Phasenlage mit der Phasenlage der Verbindungsleitungen 6 verglichen wird. Das Ergebnis wird in einem Anzeigegerät 7 dargestellt, das an den Diskriminator 5 angeschlossen ist. Der Diskriminator 5 sowie das Anzeigegerät 7 sind bekannt, so daß aufderen Funktionsweise nicht näher eingegangen werden muß.

In Anbetracht der Tatsache, daß es eine Vielzahl von Gruppen mit jeweils sechs Leitern gibt, soll das Anzeigegerät nicht nur die Lage der Spule innerhalb einer Gruppe anzeigen, sondern auch die betreffende Gruppe markieren. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß in dem Diskriminator ein Gerät angeordnet ist, das registriert ,wie oft die Spule die Null-Phase vom Anfang bis zum Ende der Unterlage 3 durchläuft. Die entsprechenden Impulse können dann zu dem Anzeigegerät 7 weitergeleitet werden. Zu diesem Zweck ist eine Ausführungsform ,wie sie in Figur 2 dargestellt ist, von Vorteil.

■Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 läuft die Abtastspule 1 über die isolierende Untenage 3,auf d.©*¹ die Leiter2 angeordnet sind. Es sind jedoch zwei Diskriminatoren 5 und8 vorgesehen, deren Ausgänge mit einem Gerät 7 verbunden sind. Die Leiter 2 sind jedoch am Ende der Unterlage 3 nicht in Stern geschaltet, wie in Figur 1, sondern die Enden sind vielmehr in Form von parallelverlaufenden Leitern 10 herausgeführt, die schräg zur Laufrichtung der Spule 1 angeordnet sind. An der Spule 1 ist eine, weitere Abtastspule* 9 befestigt, die .über die Leiter 10 geführt ist. Dabei ist die Schräge der Leiter 10 derart gewählt, daß die Spule 9 die sechs Leiter

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während des gesamten Bewegungsablauf überstreicht.

Während die Spule 1 entsprechend dein Gruppen mehrmals die Null-Phase durchläuft, bewegt sich die Spule 9 nur einmal über einen Bereich von 360 , so daß der Diskriminator 8 ein Zeichen entsprechend der Lage der Spule 9 gibt, die einer bestimmten Leitergruppe an der Unterlage 3 zugeordnet ist. Außerdem gibt der Diskriminator .5 ein Zeichen, das die Lage der Spule 1 in jeder einzelnen Gruppe kennzeichnet. Die Diskriminatoren 5 und 8 sind an ein Anzeigegerät 7 angeschloßen, das die Lage der Spulen 1 und9 anzeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anordnung derart getroffen ist,/ ccJB bei einem Ausfall der Stromversorgung und bei einem Verschieben der Spulen während dieses Versagens am Anzeigegerät 7 die Lage der Spulen entsprechend ihrer Stellung beim Ausfall des Stromes eingezeigt bleibt.

Sollte es bei der gezeigten Anordnung erforderlich sein, die Spulen in eine bestimmte Lage zu den Leitern zu bringen, wie es beispielsweise der Fall sein kann, wenn die Spulen mit dem Schlitten einer Werkzeugmaschine gekoppelt sind, dann kann ein Eingan^Dedarfsgerät (input demand device) 12 vorgesehen sein, das Signale zu den Diskriminatoren 5>8 an Stelle der Signale, die über die Verbindungjleitüngen 6 kommen, weiterleitet.. In diesem Pail ist das Gerät 7 so angebracht, daß- es einen Motor steuert und dieser vorwärts oder rückwärts läuft, was von der Lage der Spulen 1,9 ab hängt ,wob ei deren Phase mit der Phase desEingangsbedarfsgeräts 12 verglichen wird. Der Motor 11 läuft dann solange bis ein Abgleich über das Eingangsbedarfsgerät 12 erfolgt. Ein derartiges Gerät stellt eine Art Servo-Mechanismus da.

Pigur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindung^-

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gemäßen Vorrichtung, dabei ist eine Gruppe von Leitern 26 an eine Drehstromquelle R,B,Y angeschlossen, denen eine Abtastspule 20 zugeordnet ist. Die Spule 20 ist mit einem verschiebbaren Werkzeug 25 mechanisch verbunden, wobei die Spule.20 mit einem Vergleicherkontrollgerät 21 elektrisch verbunden ist, das nicht nur die Phasenverschiebung zwischen der Spule 20 unl der an den Leitern 27 liegenden Phase vergleicht, sondern auch deren Richtung. Das Vergleicherkontrollgerät 21 betätigt einen in der Drehzahl umkehrbaren Motor 23, der das Werkzeug 25 in die Sichtungen des Pfeiles 24 verschieben kann.

Bei Verwendung der Vorrichtung, läuft der Werkzeugschlitten in Pfeilrichtung 22. Dabei werden die Leiter 26 einem ¥erlistück angepasst, das von dem Werkzeug entsprechend bearbeitet wird." Derartige Leiter 26 können auf einfache Art und Weise für jede gewünschte Form hergestellt werden und an einem beweglichen Band, das an einer- festen Unterlage befestigt ist, angebracht werden. Dabei ist die Unterlage an der Maschine befestigt, die den Werkzeugschlitten trägt. Wenn sich die Spule 20 in Pfeilrichtung 22 über die Leiter bewegt, erfolgt eine Änderung der Phasenlage, wenn die Leiter ihre Richtung abweichend von der Bewegungsrichtung 22 ändern. Diese Änderung der Phasenlage wird in dem Vergleicherkontrollgerät 21 registriert, wobei zur Erzielung eines Phasenausgleichs von dem Kompe.rator 21 der Motor 23 betätigt wire, der den Werkzeugschlitten 25 in Pfeilrichtung 24 solange antreibt, bis ein Phasenausgleich zwischen der Phasenlage der Spule 20 und den Verbindungsleitern 27 erfolgt ist.

Figur 4- zeigt eine Anordnung, bei der die Leiter 30 auf einer ringförmigen isolierenden Unterlage angeordnet sind. Bei dieser

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Anordnung sind vorzugsweise zwei Spulen 32,33 vorgesehen, die zu der Unterlage 31 diametral einander gegenüberliegen und um eine Achse 34- drehbar vorgesehen sind. Die Spulen 32,33 sind in Reihe geschaltet. An sich wäre es ausreichend, wenn man nur eine Spule vorsieht, wobei jedoch durch die Anordnung zweier derartiger Spulen eine Exzentrizität des Systems vermieden wird. Verbindungen der Spulen 32,33 zu einem Diskriminator und/oder einem Kontrollgerät können in der gleichen Art und Weise erfolgen, wie es in den Figuren 1 bis 3 dargestellt und beschrieben ist.

Bei der Verwendung einer Drehstromquelle mit einer Frequenz von 20 kHz kann ein Spulenabtaster mit großer Drehzahl verwendet werden, wobei die Spule einen Abstand zu den Leitern bis zu 6,3 Dim aufweisen kann, was eine-kapazitätsverringernde Wirkung zeigt. Man kann die Einflüße der Kapazität auch dadurch verringern, daß die äußeren Windungen der Spule geerdet sind. Dadurch kann jede Änderung im Abstand zwischen den Spulenwindungen und den Leitern im Bezug auf die Phasenänderung ausgeschaltet werden.

Bei der Verwendung eines ausgeglichenen Phasensystems beispielsweise nach Figur 1 stellt man fest, daß wenn der Phasenwechsel je Bewegungseinheit nicht über den gesamten Weg: der Spule einheitlich ist, daß dann die Spule in Bezug auf die Leiter leicht abgeschrägt werden sollte. Vorausgesetzt, daß in Verbindung mit dem Leiterstreifen, der in Figur 1 gezeigt ist, drei Spulenabtaster vorgesehen sird, die eine Phasendifferenz zueinnander von 120°aufweisen, dann wird eine Bewegung der drei Spulen über die Leiterstreifen eine Drei-Phasenleisoung erzeuge), mit einer Phasenlage, die mit der Bewegung der Spule über die Leiter übereinstimmt.

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Schließlich zeigt Figur 5 &le Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Servo-Mechanismus. Die Zeichnung zeigt eine Abtastspule 4-1, die mechanisch in eine der Pfeilrichtungen über die Gruppen der Leiter 4-0 bewegt werden kann. Diese sind an die Phasen R,Y und B angeschlossen, wobei sich die Spule 4-1 senkrecht zu ihrem mechanischen Antrieb mittels eines Motors 44-, der eine Welle 4-7 besitzt, bewegen kann. Die von der Spule 4-1 aufgenommene Phasenlage wird auf einen Phasenkoaperator 4-2 übertragen, der ebenfalls an einen Hisyngenerator (hisyn generator) 4-6 angeschloßen ist, der von einem'Dreh- ^- ■ stromnetz R,Y und B gespeist wird. Wenn die Phasen im Kompe.rator 4-2 gleich sind, dann ist die Ausgangsleistung des Komperators 0. Wenn jedoch in Folge des mechanischen Antriebs eine Phasendifferenz gegeben ist, ergibt sich am Xompe rator-4-2 eine Ausgangsleistung , die über einen Verstärker 33 an den Motor gelangt, der sich solange in die entsprechende Richtung dreht bis ein Phasenausgleich zwischen der Spule 4-1 und dem Hisyngenerator 4-6 erfolgt ist.

Die Anordnung der Leiter muß nicht senkrecht zur Unterlage sein. Beispielsweise, wenn alle Leiter leicht geneigt sind, dann ergibt die Bewegungseinstellung der Suchspule rechtwinklig zur Bewegung entlang der Unterlage eine Feineinstellung. Es ist ferner möglich die Form der Leiter über einen·begrenzten Bereich derart zu gestalten, daß bei einer senkrechten Spulenbewegung an der x-Achse und bei einer rechtwinkligen Bewegung an der y-Achse die Ausgangsspannung der Spule K ' f (Y) ist. Der Abstand der einzelnen Leiter zueinander kann verschieden sein, beispielsweise um Temperatureinflüsse , Zeiteinflüsse oder andere Komponenten des zu steuernden oder zu überwachenden Prozesses zu berücksichtigen.

Die isolierende Unterlage und die Leiter können Teil

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einer Spule sein mit einem Spulenabtaster, wie er in l?ig.4· gezeigt ist, unter der Voraussetzung daß die Spulenebene senkrecht zur Lagerung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Winkelmessung der durchzuführenden Kontrollhandlung.

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Claims

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Patentansprüche

^Vorrichtung zu Messen eines Abständes oder einer Position, bei der eine Anzahl von elektrischen Leitern parallel, radial oder spiralförmig angeordnet sind, die gruppenweise mit einer n-Phasenstroiiquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe aus 2 n-Leitern besteht, wobei η eine ungerade Zahl ist, und daß die Verbindungen der Leiter (2) so erfolgen, daß die Ströme der Mehrphasenquelle (B₅R,Y) aufeinanderfolgend mit den entsprechenden Enden von jeden anderen Leiter in der Gruppe, beginnend mit dem ersten Leiter, verbunden sind, und daß die Leiter in den Gruppen so verbunden sind, daß die Ströme in den ungeraden Leitern in der einen Richtuiv. und in den geraden Leitern in der entgegengesetzten Richtung in besagter Reihenfolge, und daß eine zu den Leitern in senkrechter Richtung verschiebbare Spule, bzw* Spulen (1,9) -vorgesehen ist (sind) und daß am Ausgang der Spulen (1,9) Diskriminatoren (5,8) angeordnet sind, die mit einer Bezugsphase (6) verbunden sind, daß ein an den Diskriminator· (5) angeschlossenes Anzeigegerät (7) vorgesehen ist.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehstromquelle vorgesehen ist und die Ströme der drei Phasen (B,R,Y) über die.Leiter (1,3,5») in-jeder gegebenen Gruppe in einer Richtung und über die Lei- -ter (2,4-,6) in der selben Gruppe in der entgegengesetzten Richtung läuft, wobei die Stromzufuhr an einem Ende der Leiterreihe erfolgt und die drei Phasen, nachdem sie die Leiter durchquert haben oder zu einer weiteren- Vorrichtung(IO) ähnlicher Leiter übergewechselt sind, untereinander verbunden sind.
3) Eine Vorrichtung nach Anspruch. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang von dem Phasenver-• gleicher (5) niit einem

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Digitalzähler (7) verbunden ist.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Phasenvergleichers (21) mit einem Kontrollgerät (23) verbunden ist, welches die Bewegung der Abtastspule (20) zu den Leitern (26) bewirkt und die Spule (20) bex^egt, bis ihre Ausgangsphase mit einer bestimmten festgelegten Singangsphäse des Vergleichers (21) zusammenfällt.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2) streifenförmig und parallel, sowie in senkrechter Richtung auf einer länglichen isolierenden Unterlage (3) angebracht sind, und daß an die einzelnen Phasen der Gruppen von Leitern (2) eine weitere Gruppe von Leitern (10) angeschlossen ist, die zu einer weiteren verschiebbaren Abtastspule (9) schräg verlaufend angeordnet sind, wobei Jeder Spule (1,9) ein Diskriiiinatvr(5,8) zugeordnet ist, die auf ein Anzeigegerät (7) arbeiten.
6) Vorrichtung nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet,

daß die Leiter (2) an der Unterlage (3) und die schrägen Leiter (10) von dem gleichen Mehrphasenstrom in gleicher Phasenfolge durchlaufen werden.
7) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von in Längsrichtung sich erstreckenden Leitern (26) vorgesehen ist und eine sieh parallel zu den Leitern (26) bewegende Abtastspule (20) angeordnet ist, deren Ausgang mit einem Phasenvergleicher (21) verbunden ist, der an ein Kontrollgerät angeschlossen ist-, wobei eine· von einem Motor (23) antreibbare Vorrichtung ' wie z.B. ein Werkzeughalter (25) mit der Abtastspule (20) mechanisch gekoppelt ist und der Motor (23) mit -dem Kontrollgerät elektrisch verbunden 1st, derart, daß bei einem Phasenausgleich der Motor (23) abgeschaltet wird.