DE2021512A1

DE2021512A1 - Einrichtung zum Messen von Drehbewegungen

Info

Publication number: DE2021512A1
Application number: DE19702021512
Authority: DE
Inventors: Barrett Doyle; Volk Helmut M
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1969-05-14
Filing date: 1970-05-02
Publication date: 1970-11-19
Also published as: US3627425A; FR2042625A1; CH505389A; NL7006938A; FR2042625B1; BE750331A; GB1296786A; CA959956A; SE359928B

Description

Dip!. Ing. R. Merter.s

Fa'iontHinwait
.6Frankfuit/ivlainl,Ammölburgstr.34 . . 9 Π ? 1 R 1

6 Erankfurt/H 30.4.1970 H 31 P 200

HONEYWELL INC.
27OI Fourth. Avenue South. . Minneapolis, Minn. USA

Einrichtung zum Messen von Drehbewegungen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Drehbewegungen durch Vergleich der Frequenzen zweier gegenläufig in einem geschlossenen, die Drehachse umschließenden Umlaufpfad umlaufender monochromatischer, elektromagnetischer Strahlenbündel, wobei der umlaufende Pfad zusätzlich periodischen sich über einen konstanten Auslenkwinkel erstreckenden Drehschwingungeri um die Drehachse ausgesetzt ist. Eine solche Einrichtung und ihre Arbeitsweise ist beispielsweise im deutschen Patent 1 292 899 beschrieben. In dieser Patentschrift wird auch das Problem behandelt, daß bei niedrigen Winkelgeschwindigkeiten infolge des dann geringen Frequenzunterschiedes zwischen den beiden Strahlenbündel häufig ein Mitziehen der Schwingungen der beiden Strahlen auftritt, so daß kein Frequenzunterschied zwischen den beiden Strahlenbündel mehr meßbar ist. Zum Vermeiden, dieses Mitziehen offenbart diese Patentschrift elektrische und mechanische Mittel, mit deren Hilfe die Strahlen im Umlaufpfad abwechselnd symmetrisch nach beiden Seiten hin verschoben werden. Als mechanische Lösung wird vorgeschlagen, den Umlaufpfad zusätzlich periodischen Drehschwingungen

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auszusetzen. Die Patentschrift beschreibt auch,wie das von diesen Drehschwingungen herrührende Zusatzsignal vom eigentlichen Meßsignal getrennt werden kann, damit nur letzteres angezeigt bzw. weiterverarbeitet wird.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit demselben Problem und führt zu einer Lösung, welche gegenüber der im genannten Patent offenbarten Lösung bestimmte Vorteile zeigt.

Die Erfindung besteht darin, daß eine Vorrichtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Einrichtung ein erstes oder ein zweites Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz in beiden Fällen von der Frequenzdifferenz der beiden Strahlenbündel abhängt, daß die Impulssignale einem Impulszähler zugeführt werden und diesen in entgegengesetztem Sinne fortschalten, daß eine Zählersteuerschaltung an einer vorgegebenen Stelle der Drehschwingungsperiode den Zähler für die Impulssignale einschaltet und an einer entsprechenden Stelle einer nachfolgenden Drehschttfingungsperiode den Zähler stillsetzt und daß der dann erreichte Zählerstand ein Maß für die Drehbewegung ist, welcher die Einrichtung unterworfen ist.

Beim Einschalten des Zählers wird dieser der Differenz der Anzahl von Impulsen in den beiden Impulssignalen entsprechend fortgeschaltet. Da der Zähler jeweils über eine ganze Anzahl von Dreh-Schwingungsperioden eingeschaltet ist, enthält das Zählerausgangssignal, d.h. der Zählerstand beim Abschalten des Zählers keine Komponenten, die sich aus der zusätzlichen Drehschwingung herleiten, denn diese Komponenten heben sich jeweils in zwei aufeinanderfolgenden Halbschwingungen gegenseitig auf. Der Zählerstand ist vielmehr allein ein Maß für die zu messende Drehbewegung, welcher die Einrichtung unterworfen ist.

Nicht nur hinsichtlich der Art und Weise in welcher eine Beeinflussung des Zählerstandes durch die zusätzlichen Drehschwingungen vermieden wird, unterscheidet sich die vorliegende Erfindung vom

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;'■'■ ' - "^ ~ ■ V 2Ό21512;

Gegenstand des deutschen Patents 1 292 899, sondern sie eröffnet auch die Möglichkeit, die. Frequenz der Drehschwingungen wesentlich niedriger zu wählen als bei der Anordnung nach dem .genannten Patent, beispielsweise in der Größenordnung von weniger als zehn Schwingungsperioden pro Minuten, Dieser Viert liegt wesentlich unterhalb der Drehschwingungsfrequenz, welcher die Anordnung nach dem genannten Patent ausgesetzt ist und führt zu einer erhöhten Genauigkeit insbesondere,wenn der konstante Auslenkwlnkel über den die Einrichtung periodisch verstellt wird ■ zwischen etwa 53O. und 360 Grad liegt, ein Winkel der wesentlich größer ist, als bei den schnellen Drehschwingungen, denen die Anordnung nach dem deutschen Patent 1 292 899 unterworfen ist. Die Erfindung eignet sich deshalb besonders für Meßeinrichtungen für ganz langsame Drehbewegungen und.hat den Vorteil, daß,nicht wie bei der bekannten Einrichtung,das eigentlich zu messende Ausgangssignal durch das von den schnellen Drehschwingungen herrührende Vorgabesignal· gewissermaßen verdeckt wird-. Außerdem läßt sich eine langsame zusätzliche Drehbewegung, die sich über einen größeren Winkelbereich erstreckt, leichter und genauer darstellen als relativ schnelle mechanische Schwingungen des' g.€J~ samten Laser-Kreisels, wie sie im genannten Patent vorgeschlagen werden. Die langsamen Drehsehwlngungen der Einrichtung gemäß, 4er Erfindung können mit Hilfe eines die Einrichtung, antreibenden Elektromotors erzeugt werdeiiywelßhernein Gesehwindigkeitsregel-· kreis zugeordnet ist;, um die Drettgeschwindi^keit auf einem gegebenen Wert zu halten. Me Anzahl «fer prehschwlngungen halb eines Zahlzyklus Jiäiigt /v©n versehiedenen fakifcoreh ab liegt vorzugsweise In der Größenordnung zwischen zwei und fünf,.

Weitere Merkmale der Erfindung sind In den Unteransprüehen ge·^ kennzeichnet. Zur Erläuterung der Erfindung wird im !folgenden auf das in der Zeichnung sehematisch widergegebene Äusführungs^ beispiel Bezug genommen. · .

Die Einrichtung umfaßt einen Lasergenerator 1 zur Erzeugung zweier monochromatiseher elektromagnetiseher Strahlenbündel,

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welche in umgekehrter Richtung in einem dreleckförmigen geschlossenen Umlaufpfad umlaufen, welcher durch drei Umlenk- "' spiegel 2, 3 und 4 definiert ist. Ein kleiner Teil des in Richtung der Pfeilspitze 5 umlaufenden Strahlenbündels durchdringt den in geringem Maße durchlässigen Spiegel 4, wird vom Spiegel 6 reflektiert und anschließend von einen teildurchlässigen Spiegel 7 auf zwei fotoelektrische Detektoren 8 geworfen. Der in entgegengesetzter Richtung umlaufende Strahl ist durch Pfeilspitzen 9 gekennzeichnet. Ein Teil dieses Strahlenbündels durchdringt die Spiegel 4 und 7 und fällt unter einem gegenüber dem Strahl 5 geringfügig geneigten Winkel ebenfalls auf die fotoelektrischen Detektoren 8 auf.

Die bisher beschriebenen Bauteile sind auf einem nicht dargestellten Träger angeordnet, der um die Achse 10 drehbar ist, wobei die Achse 10 senkrecht auf der Ebene des Umlaufpfades und in der Zeichnung auf der Papierebene steht. Dies ist zugleich die Empfindlichkeitsachse der Meßeinrichtung, d.h. die Meßeinrichtung liefert Signale, welche ein Maß für die Drehung um diese Achse sind. Der Träger samt den bisher geschilderten Einrichtungsteilen wird periodischen,sich über einen konstanten Auslenkwinkel erstreckenden. Drehschwingungen um die Achse 10 ausgesetzt, um das eingangs erwähnte Mitziehen der geringfügig unterschiedlichen Frequenzen der beiden Strahlenbündel zu vermeiden. Zur Erzeugung dieser Drehschwingungen, welche die Frequenzen der beiden Strahlenbündel gegeneinander verschiebt, ist ein Gleichstrommotor 11 über geeignete mechanische Verbindungsmittel 12, welche u.a. ein Untersetzungsgetriebe enthalten, mit dem erwähnten Träger verbunden. Der Motor 11 liegt in einem Drehzahlregelkreis und bewirkt, daß der Träger und damit die auf diesen befestigten Teile in Drehschwingungen um die Achse 10 versetzt werden und zwar über einen vorgegebenen Winkel von annähernd J>60 Grad und bei einer festen Frequenz, welche zwischen drei und sechs Perioden pro Minute liegt. Diese Schwingungsperiode und auch die augenblickliche Drehgeschwindigkeit des Trägers wird durch den genannten Regelkreis genau gesteuert. Da solche Drehzahlregelkriese an sich bekannt sind, wird hierauf nicht weiter eingegangen.

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Der geringfügige Unterschied im Auftreffwinkel der beiden Strahlenbündel 5. und 9 auf die fotoelektrischen Detektoren 8 " läßt auf diesen ein Streifenmuster entstehen, welches aus einer Folge von abwechselndhellen und dunklen Streifen besteht. Ist ein Frequenzunterschied zwischen den beiden Strahlen vorhanden, •wie dies bei einer Drehung der Einrichtung um die Achse 10 mit einer das Mitziehen vermeide.ten Geschwindigkeit ist, so bewegt sich das Streifenbandmuster nach links oder rechts über die Detektoren 8,je nach der Richtung des Frequenzunterschiedes und damit in Abhängigkeit von der Drehriehtung. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Streifenmusters gegenüber den Detektoren hängt von der Größe des Frequenzunterschiedes und damit von der Drehgeschwindigkeit des Trägers· um die Achse 10 ab. Jeder Detektor erzeugt somit ein elektrisches Schwingungssignal, welches mit der Intensität des auf ihn auffallenden Strahlenbündels in Phase ist.

Im Betrieb dreht der Motor 11 den Träger mit den genannten Baugruppen so schnell hin und her, daß ein Mitziehen vermieden wird. Als Folge dieser Drehbewegung erzeugt jeder Detektor ein Schwingungssignal mit einer der augenblicklichen Drehgeschwindigkeit proportionalen Frequenz. Die Drehung der gesamten Einrichtung um die Achse 10, d.h. die eigentliche von der Einrichtung zu messende Drehung um die Achse 10, bewirkt eine Frequenzerhöhung der beiden Schwingungssignale. Es ist diese Erhöhung der 3chwingungsfrequenz, welche von den nunmehr zu beschreibenden Einrichtungsteilen genescen wird und welche der Drehung der gesamten Einrichtung um die Achse 10 proportional ist.

Die beiden Detektoren 8 gehören zu einer Schaltung 13, welche je nach Drehriehtung der zuvor beschriebenen Teile entweder ein erstes oder ein zweites elektrisches Impulssignal erzeugt. Die Frequenz beider Impulssignale ist gleich der Frequenz der von den Detektoren 8 erzeugten Schwingungssignale. Das erste Impulssignal erscheint auf der Ausgangsleitung 14 der Schaltung 13

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und das zweite auf der Ausgangsleitung 15 der Schaltung 1^· Beide werden einer Zählersteuerschaltung 16 zugeleitet und gelangen unter deren Einfluß zu einem reversierbaren elektronischen Binärzähler 17· Dieser wird durch die an seinem Vorwärtseingang einlaufenden Impulse und die an seinem Rückwärtseingang einlaufenden Impulse in umgekehrtem Sinne fortgeschaltet, d.h. die an dem einen Eingang einlaufenden Impulse werden von den am anderen Eingang einlaufenden Impulse abgezogen, so daß der gesamte Zählerstand des Zählers durch die Differenz der an den beiden Eingängen eingelaufenen Impulse gegeben ist.

P Dreht der Motor 11 den Träger und die auf ihm befindlichen Baugruppen in der einen Richtung, so schalten die auf der dieser Drehrichtung entsprechenden Leitung 14 oder 15 auftretenden Impulse den Zähler 17 in der entsprechenden Richtung fort. Wenn nach einer halben Schwingungsperiode des Trägers der Motor seine Drehrichtung und damit auch die des Trägers umkehrt, fängt der Zähler an, in der entgegengesetzten Richtung zu zäh-• len. Somit geht der Zählerstand des Zählers ständig auf und ab und wenn der Träger nur dieser Drehschwingungsbewegung ausgesetzt ist, ist der Zählerstand jeweils nach einer ganzen Anzahl von Schwingungsperioden gleich Null. Da sich die Anzahl der Zählerimpulse während der beiden Halbwellen der Trägerdrehschwingungen somit gegenseitig aufhebt, ist der nach einer ganzen Anzahl von Schwingungsperioden auftretende Zählerstand ein Maß für die während der Zählung aufgetretenen Drehung der . gesamten Einrichtung um die Achse 10. Die Zählersteuerschaltung 16 sorgt dafürt, daß der Zählbeginn des Zählers 17 mit dem Beginn einer Drehschwingung übereinstimmt und daß der Zähler angehalten wird, sobald die erforderliche Anzahl ganzer Zählperioden erreicht ist. Im folgenden werden die Schaltungen Ij5 und l6 im einzelnen beschrieben.

Die beiden Detektoren 8 sind so in Bezug auf das Linienmuster ausgerichtet und angeordnet, daß ihre Ausgangsschwingungssignale um 90 Grad gegeneinander phasenverschoben sind.· Diese

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Signale werden durch Triggerschaltungen 18 und 19 in Rechteck-Signale der gleichen Frequenz umgewandelt. Die Rechtecksignale gelangen zu den gleichzeitig als Trennstufe wirkenden Invertern •20 und 21. Das Ausgangssignal des Inverters 20 wird einerseits unmittelbar einer monostabilen Schaltung 22 und andererseits über einen Inverter 2k einer weiteren monostabilen Schaltung 2k zugeführt. Jede der beiden monostabilen Kippschaltungen wird jeweils beim Eingang eines negativ gerichteten Impulses für eine vorgegebene kurze Zeit eingeschaltet, d.h. immer beim Übergang der Ausgangssignale der Inverter 20 und 24 von L nach 0. Aufgrund der Wirkung des Inverters 2k ist das Eingangssignal der monostabilen Kippschaltung 2j5 in Gegenphase zum Eingangssignal der monostabilen Schaltung 22, so daß immer nur eine dieser beiden Kippschaltungen eingeschaltet ist, wenn die Triggerschaltung 19 einen Rechteckimpuls erzeugt.

Die Ausgangssignale der Kippschaltungen 22 und 2~*> und des Inverters 21 gelangen an die Eingänge zweier NAND-Gatter 25 und 26. Solche negierende UND-Gatter haben die Eigenschaft, an ihrem Ausgang solange ein Ausgangssignal - zu liefern, wie nicht an beiden Eingängen gleichzeitig ein Eingangssignal steht. Wenn zum Beispiel die Kippschaltung 22 eingeschaltet wird und für eine kurze Zeitspanne eingeschaltet bleibt, während der auch vom Inverter 21 ein Rechtecksignal geliefert wird, erzeugt das NAND-Gatter 26 einen negativen Impuls.

Da die beiden Detektoren 8 in Bezug auf das Linienmuster um 90 Grad gegeneinander verschoben sind, nimmt das Detektorausgangssignal bei einer Richtungsänderung des Linienmusters, d.h. bei einer Drehrichtungsänderung des Trägers, wenn es zuvor 90 Grad nacheilte, nunmehr eine Phasenlage von 90 Grad Voreilung an. Als Folge hiervon ist das Ausgangssignal der Kippschaltung 25 nunmehr In Phase mit dem Ausgangssignal des Inverters 21 und das Gatter 26 hört auf,ein Ausgangssignal zu erzeugen. Das Signal der Kippschaltung 23 läuft nunmehr durch das Gatter 25 hindurch. Ist eine Drehung In der einen Richtung vorhanden, so entsteht

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an der Leitung lH ein Signal, welches zuvor den Inverter 17-· durchlaufen hat; und wenn eine Drehung in der Gegenrichtung erfolgt, so entsteht hinter dem Inverter 28 an der Leitung 3 5 ein Signal. In beiden Fällen ist die Impulsfrequenz dieser Signale kennzeichnend für die Drehgeschwindigkeit.

Aufgabe der Zählersteuerschaltung 16 ist es, den Zähler IJ zu Beginn einer Drehschwingungsperiode zu starten und nach einer vorgegebenen Anzahl ganzer Schwingungsperioden, vorzugsweise nach drei, vier oder fünf Schwingungsperloden stillzusetzen. Zu diesem Zweck sind in die Zuleitungen zum Zähler 17 zwei Gatter 29 und JO eingeschaltet. Gesteuert werden diese Gatter durch eine Logikschaltung, welche einen Impulsanderungsdetektor Jl> einen elektronischen Perioderizähler J52 und eine elektronische Sperre 33 enthält. Der Impulsänderungsdetektor 31 erzeugt jeweils einen Einzelimpuls sobald die Impulse nicht mehr auf der Leitung 14 sondern auf der Leitung I5 auftreten und umgekehrt. Dieser Einzelimpuls zeigt also eine Änderung der Drehrichtung an. Der Periodenzähler J>2 erhält diese Einzelimpulse und registriert die Anzahl der Halbperioden der Drehschwingungen. Die elektronische Sperre 35 steuert den Zustand der Ausgangsgatter 29 und Jj>0. Sie wird durch einen ersten Einzelimpuls eingeschaltet und durch einen Ausgangsimpuls des Periodenzählers 32 ausgeschaltet. Nach einer vorgegebenen Anzahl ganzer Zählperioden stellt der Periodenzähler 32 die elektronische Sperre 33 zurück, um die Übertragung von Impulsen über die Ausgangsgatter 29 und 30 zum Zähler 17 zu unterbrechen. Außerdem können zusätzliche Schaltungen zur Rückstellung des Periodenzählers 32 und der elektronischen Sperre 33 von Hand vorgesehen sein. Die Betriebsweise der Zählersteuerschaltung 16 wird im folgenden erläutert.

Alle Gatter in der Zählersteuerschaltung 16 sind negierende UND-Gatter '(NAND-Gatter) die, wie bereits erwähnt, solange eine Ausgangsspannung liefern, wie nicht beide Eingänge ein Signal

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erhalten. Ira letztgenannten Fall entsteht das Ausgangssignal Null. Vor dem Beginn der Zählung müssen die Gatter 29 und JO gesperrt sein, was erfordert, daß kein Eingangssignal auf der Leitung 54 vorhanden ist. Die Leitung 3^ ist an den Ausgang des NAND-Gatters 35 in der elektronischen Sperre 33 angeschlossen und dient zur Steuerung der Gatter 29 und 3D. Das Gatter 35 öffnet genau bei Beginn einer Drehschwingungsperiode und schließt am Ende der dritten, vierten oder fünften Drehschwingungsperiode, je nach Einstellung des Periodenzählers

Zu Beginn und am Ende jeder Halbperiode wechseln die Impulse von der Leitung l4 zur Leitung I5 über oder umgekehrt. Dies wird durch Übertragung der Impulssi'gnale auf den beiden Leitungen zu zwei getrennten NAND-Gattern 36 und 37 festgestellt, welche Teil des Impulsänderungsdetektors 31 sind. Die Gatter 36 und 37 werden ferner von einem Flip-Flop 38 gesteuert, der seinerseits durch ein NAND-Gatter 39 beaufschlagt wird. Die Eingänge dieses Gatters 39sind mit den Ausgängen der Gatter 36 und 37 verbunden. Der Flip-Flop 38 liefert ein Einschaltsignal entweder an das Gatter 37 oder an das Gatter 36. Sind Impulse auf der Leitung 14 vorhanden und gibt der Flip-Flop ein Einschaltsignal an das Gatter J>6, so läuft der erste Impuls durch das Gatter 36 zum Gatter 39. Da der Flip-Flop 38 ein Einschaltsignal an das Gatter 36 liefert, gibt er gleich- · zeitig ein Ausschaltsignal an das Gatter 37* welches mit seinem entsprechenden Eingang an einen komplementären Ausgang des Flip-Flops 38 angeschlossen ist. Erhält das Gatter 37 ein Ausschaltsignal, so ist sein Ausgangssignal ein Einschaltsignal. Demzufolge erhält das Gatter 39 an beiden Eingängen je ein Einschaltsignal, so daß an seinem Ausgang ein Signal entsteht, welches zum Flip-Flop 38 gelangt und dessen Einschaltsignal am Ausgang an das Gatter 37 weltergibt. Gleichzeitig erhält das Gatter 36 ein Aussehaltsignal, womit der Durchlauf weiterer Impulse durch dieses Gatter gesperrt wird. Der vom Gatter 39 dem Flip-Flop 38 zugeleitete Impuls gelangt ferner an den Periodenzähler 32 und an ein NAND-Gatter 40 in der elektronischen Sperrschaltung 33·

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Treten Impulse auf der Leitung 15 auf, so läuft der erste Impuls durch das Gatter 37, weil dieses vom Ausgang des Flip-Flops 38 ein Einschaltsignal erhält, und außerdem läuft der Impuls auch durch das Gatter 39 zum Flip-Flip 38 in der zuvor beschriebenen Weise. Demzufolge wird das Einschaltsignal an den Eingang des NAND-Gatters 36 übertragen und verhindert, daß weitere Impulse von der Leitung 15 durch das Gatter 36 hindurchlaufen können.

Es wird also an den Periodenzähler 32 und an das Gatter 40 jeweils ein Impuls geliefert, dann wenn sich die Drehrichtung ändert, aber zu keinem anderen Zeitpunkt. Mit anderen Worten, w normalerweise steht am Gatter 40 ein Ausschaltsignal, so daß dem Gatter 35 ein Einschaltsignal zugeführt wird. Wie bereits erwähnt, muß das Signal auf der Leitung 3^ verschwunden sein, ehe das Zählen beginnt und dieser Zustand wird an das NAND-Gatter 4l rückgemeldet. Da einer der beiden Eingänge dieses Gatters 4l somit ein Ausschaltsignal erhält, gelangt ein Eingangssignal an die Gatter 35 und 40. Damit erhält aber das Gatter 35 zwei Einschaltsignale und erzeugt somit das erforderliche Ausschaltsignal.

Sobald ein Impuls vom Gatter 39 her eingeht und damit eine Impulsänderung anzeigt, erzeugt das Gatter 40 ein Ausschaltsignal, welches am Gatter 35 ein Einschaltsignal für die Gatter 29 und 30 entstehen läßt. Somit gelangen die Impulse zum reversierbaren Zähler 17* der Miese Impulse zählt. Der Periodenzähler erzeugt normalerweise ein Einschaltsignal, welches zusammen mit dem Einschaltsignal des Gatters 35 bewirkt, daß das Gatter kl ein Ausschaltsignal erzeugt. Dieses hält das Gatter durchgeschaltet, wenn der Impuls vom Gatter 39 aufhört. Dies ist die Sperrwirkung.

Der Periodenzähler 32 zählt die Impulse, welche vom Gatter 39 kpmmen. Sobald die erforderliche Anzahl erreicht ist, läßt der Zähler den nächsten Impuls praktisch hindurchlaufen und als Ausschaltsignal an das Gatter 4l gelangen. Dieses erzeugt

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deshalb ein kurzes Einschaltsignali welches zusammen mit dem Einschaltsignal des Gatters 4O,das Gatter 35 ein Ausschaltsignal auf der Leitung J>k entstehen läßt. Dieses gelangt zugleich an einen Eingang des Gatters 4l und stellt sicher, daß dem Gatter 35 ständig ein Einsehaltsignal zugeleitet wird und damit dieses Gatter gesperrt bleibt. Somit erhalten die Gatter 29 und 30 das Ausschaltsignal genau am Ende jeder Schwingungsperiode. Somit ist der dann erreichte Zählerstand des reversierbaren Zählers 17 nur von. der während der Zählung ausgeführten Drehung der gesamten Einrichtung abhängig und zwar auch dann, wenn sich während der Zählperiode die Drehgeschwindigkeit. der gesaraten Einrichtung geändert oder sogar die Drehrichtung umgekehrt haben sollte. Der Zählerstand ist somit ein genaues Maß für die während der Zähldauer erfolgten Drehung der'Einrichtung, d.h. für den Drehwinkel. Dabei sind durch die zur Vermeidung des Mitziehen zusätzlich eingeführte Drehschwingungsbewegung des Trägers mitdem Laserkreisel'hervorgerufenen Impulse und deren Einwirkung auf den Zählerstand eliminiert.

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Claims

-12-· 9 Π 9 1 R 1 7

02-4157 Ge ZUZIDIZ

Patentansprüche

Einrichtung zum Messen von Drehbewegungen durch Vergleich der Frequenz zweier gegenläufig in einem geschlossenen, die

" Drehachse umschließenden Umlaufpfad umlaufender monochromatischer elektromagnetischer Strahlenbündel, wobei der Umlaufpfad zusätzlich periodischen, sich über einen konstanten Auslenkwinkel erstreckenden Drehschwingungen um die Drehachse ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (IJ) in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Einrichtung ein erstes oder ein zweites Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz in beiden Fällen von der Frequenzdifferenz der beiden Strahlenbündel abhängt,

daß die Impulssignale einem Impulszähler (17) zugeführt werden und diesen in entgegengesetztem Sinne fortschalten, daß eine Zählersteuerschaltung an einer vorgegebenen Stelle der Drehschwingungsperiode den Zähler für die Impulssignale einschaltet und an einer entsprechenden Stelle einer nachfolgenden Drehschwingungsperiode den Zähler stillsetzt und daß der dann erreichte Zählerstand ein Maß für die Drehbewegung ist, welcher die Einrichtung während der Zähldauer unterworfen war.
2. Einrichtung nach Anspruch X, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufpfad zusätzlich Drehschwingungen mit einer Frequenz von weniger als 10 Perioden pro Minute ausgesetzt ist.

009847/1169 ^AD or,_Q,nal
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k en η ζ e i c h η e t, daß der maximale Auslenkwinkel der Drehschwingungen zwischen J>J>0 Grad und ;5βθ Grad beträgt. -
k. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J5, d a d u r c h g e k e η η ze i c h η e t, daß zur Erzeugung der Drehschwingungen ein Elektromotor (11) dient, welcher in einen die Drehgeschwindigkeit konstanthaltenden Drehzahlregelkreis eingeschaltet ist.
5« Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h ■ ' g e k en η ζ e 1 c h η e t, daß die Zählersteuerschaltung (l6) den Zähler (17) für eine Dauer von drei, vier oder fünf vollen Drehschwingungsperioden einschaltet. .
6, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5-mit einer optischelektrischenUmformeranordnung,auf deren optisch wirksamer Eingangsseite von den beiden Strahlenbündeln ein bandförmiges Streifenmuster erzeugt wird-, welches sich mit einer von der Größe des Prequenzunterschiedes abhängigen Geschwindigkeit in einer vom Vorzeichen des Prequenzunterschiedes abhängigen Richtung bewegt, und welche zwei fotoelektrische Detektoren enthält, die entsprechend der Bewegung des Streifenmusters um 90 Grad gegeneinander phasenverschobene elektrische Schwingungssignale erzeugen, da d u rc h ge k e η η ζ e i c h η e t, daß zwei Signalumwandlungsschaltungen (l8,19) die Schwingungssignale in Rechtecksignale mit einer vom Frequenzunterschied der Strahlenbündel abhängigen Frequenz umwandeln,^ aus welchen . durch eine Gatterschaltung (22-26) die beiden Impulssignale für den Zähler (17) abgeleitet werden.
7· Einrichtung nach Anspruch6, da durch g e k e η η ζ eic h η et, daß die Gattersehaltungeine Schaltung (22-24) zur,Ableitung von zwei Impulssignalen aus dem einen

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Rechtecksignal umfaßt, wobei das eine Impulssignal eine vorgegebene Phasenlage in Bezug auf das eine Rechtecksignal hat und das andere Impulssignal eine um .90 Grad gegenüber der genannten Phasenlage verschobene Phasenlage in Bezug auf das zweite Rechtecksignal hat, und

daß von zwei NAND-Gattern (25,26) das eine das eine Impulssignal und das andere Rechtecksignal erhält, während das andere das andere Impulssignal und ebenfalls das andere Rechtecksignal erhält und beide Gatter auf getrennten Ausgangsleitungen (14,15) die Impulssignale für den Zähler (17) liefern.

w
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (20) der ersten Signalumwand].ungschaltung (l8) einerseits über einen Inverter (24) eine erste monostabile Schaltung (23) und andererseits unmittelbar eine zweite monostabile Schaltung (22) angeschlossen 1st und jede monostabile Schaltung ausgangsseitig jeweils an einen Eingang eines der beiden NAND-Gatter (25,26) angeschlossen ist, deren anderer Eingang jeweils mit dem Ausgang (21) der anderen Signalumwandlungsschaltung (19) verbunden ist.
9> Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch k gekennzeichnet, daß die Zählersteuerschaltung (l6) zum Feststellen, ob das erste oder das zweite Impulssignal vorhanden ist, zwei NAND-Gatter (36,37) enthält, von denen jedes mit einem Eingang an eine der beiden die Impulssignale führenden Leitungen (14,15) angeschlossen ist, während ihre Ausgänge an die Eingänge eines dritten NAND-Gatters (39) geführt sind, welches eine Flip-Flop-Schaltung (38) steuert, deren einerAusgang an den zweiten Eingang des einen NAND-Gatters (36) und deren anderer Ausgang an den zweiten Eingang des anderen NAND-Gatters (37) angeschlossen ist.

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10. Einrichtung nach Anspruch 9* d a d u r eh g e k e η η ze ich net, daß die Zählersteuerschaltung (l6) einen einstellbaren Periodenzähler (32) sowie drei weitere eine elektronische Sperrschaltung (33) bildende NAND-Gatter ■ (35, ²K),41) aufweist,

daß der Ausgang des erwähnten dritten NAND-Gatters (39) außer, an den Eingang der Plip-Plop-Sehaltung (38) auch noch an den Eingang des Periodenzählers (j52) und einen Eingang des vierten Gatters (4o) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang am Ausgang des fünften Gatters (41) sowie an dem einen Eingang des sechsten Gatters (j55) und dessen Ausgang am anderen Eingang des sechsten Gatters liegt,und . daß der eine Eingang des fünften Gatters an den Ausgang des Periodenzählers und der andere Eingang des fünften Gatters an den Ausgang des sechsten Gatters angeschlossen ist, welcher zugleich an je einen Eingang zweier in die Zuleitungen (l4,15) zum reversierbaren Zähler (l"{)' eingeschalteter weiterer NAND-Gatter (29,30) angeschlossen ist.

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L e e r s e i t e