DE2151761A1

DE2151761A1 - EVALUATION OF MOIRE PATTERNS THROUGH A MAGNETIC ALTERNATING FIELD

Info

Publication number: DE2151761A1
Application number: DE19712151761
Authority: DE
Inventors: Wolfhard Dr Hoevel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-04-17
Filing date: 1971-10-14
Publication date: 1973-04-19

Description

Auswertung von Moiré-Mustern durch ein magnetisches Wechselfeld Die Erfindung betrifft eine fleßmethode, bei der Noir6-Muster durch ein magnetisches Wechselfeld ausgewertet werden können. Evaluation of moiré patterns by an alternating magnetic field Die Invention relates to a fleßethod in which the Noir6 pattern by a magnetic Alternating field can be evaluated.

Mit Hilfe von Moiré-Mustern können Größen gemessen werden, die sich in mechanische Verschiebungen überführen lassen. Sollen z,B. Drehmoment, mechanische Spannungen, Temperatur, Beschleunigung u s w. an sich belegenden Maschinenelementen gemessen werden, lassen sich Moiré-Muster vorteilhaft einsetzen. Ebenso eignen sich Noire'-Iuster zur Lagebestimmung vo: Werkstücken u.s .w.With the help of moiré patterns, sizes can be measured that are can be converted into mechanical displacements. Should e.g. Torque, mechanical Stresses, temperature, acceleration, etc. on machine elements that occupy themselves are measured, moiré patterns can be used advantageously. Are also suitable Noire'-Iuster for determining the position of: workpieces and so on.

Bischer wurden Moiré-Muster hauptsächlich im optischen Berich eingestzt.Moiré patterns have mainly been used in the optical field.

Die übereinander liegenden Platten, die nit Mustern aus abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Bereichen versehen sind, werden von einer Seite von einer Lichtquelle beleuchtet und auf der anderen Seite wird das Moiré-Muster durch Photozellen ausgewertet. lTach dieser Methode läßt sich z. B. die Torsion von rotierenden Wellen messen.( Patentschrift U.S.A.The plates lying one on top of the other, which alternate with patterns Transparent and opaque areas are provided from one side Illuminated by one light source and on the other hand is the moiré pattern evaluated by photocells. According to this method, z. B. the torsion measuring of rotating shafts (patent specification U.S.A.

3 495 452 ) Nachteilig bei der optischen Auswertung der Moiré-Muster ist die Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, Alterungseffekten der Lichtquelle und Störung bei Fredmlichteinfall. Ebenso bereitet es Schwierigkeiten, mit einfachen Mitteln das Muster gleichmäßig auszuleuchten. Die Leistungsaufnahme der Lichtquelle ist verhältnismäßig hoch.3 495 452) Disadvantageous in the optical evaluation of the moiré pattern is the sensitivity to pollution, aging effects of the light source and disturbance at Fredmlicht incidence. It is also difficult to deal with simple ones Means to illuminate the pattern evenly. The power consumption of the light source is relatively high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Moire'-Muster durch ein magnetisches Wechselfeld auszuwerten. Diese IIethode soll bei einem möglichst -einfach aufgebauten dynamischen Torsionmesser angewendet werden (s. auch Patentanmeldung P 21 18 722.4).The invention is based on the object of the Moire 'pattern evaluate an alternating magnetic field. This method should if possible - simply constructed dynamic torsion meters can be used (see also patent application P 21 18 722.4).

Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß dünne Metallfolien verwendet werden, die z.B. auf Kunstoffplatten aufgebracht sind. Aus den Folien sind bestimmte periodische Muster herausgearbeitet. Werden zwei oder mehr dieser Folien übereinander gelegt, ergeben die Überlagerung en der Durchbrüche in den Metallfolien Moiré-Muster. Befinden sich die Metallfolien in einem magnetischen Wechselfeld, so werden in den Metallfolien Wirbelströme induziert. Die Intensität und Verteilung der Wirbelströme hängt von dem Moiré-Muster ab. Dieser Effekt kann gemessen werden.The object is achieved according to the invention in that thin metal foils used that are applied to plastic panels, for example. There are certain from the slides periodic patterns worked out. Are two or more of these slides on top of each other placed, the superimpositions of the openings in the metal foils result in moiré patterns. If the metal foils are in an alternating magnetic field, the Metal foils induced eddy currents. The intensity and distribution of the eddy currents depends on the moiré pattern. This effect can be measured.

Wird z,B, das magnetische Sjechselfeld durch eine Spule erzeugt, so beeinflussen die Wirbelströme die Verluste und die Selbstinduktivität dieser Spule. Ebenso ist die magnetische Durchlässigkeit durch die übereinander gelegten Metallfolien eine Funktion des I-oiré-IIusters. Werden auf beiden Seiten der Metallfolien Spulen angeordnet, so ist die magnetische Kopplung zwischen diesen Spulen von dem Moiré-Muster abhängig.If, for example, the magnetic alternating field is generated by a coil, so the eddy currents affect the losses and the self-inductance of this coil. The same is true of the magnetic permeability through the metal foils placed one on top of the other a function of the I-oiré-IIuster. There are coils on both sides of the metal foils arranged, the magnetic coupling between these coils is of the moiré pattern addicted.

Die Muster in den Metallfolien können leicht durch eine kombinierte Foto-und Ätztechnik hergestellt werden, wie sie bei der Herstellung von gedruckten elektronischen Schaltungen aus kupferkaschiertem material schon allgemein bekannt ist.The patterns in the metal foils can easily be combined with a Photo and etching techniques are manufactured as they are used in the manufacture of printed electronic circuits made of copper-clad material are already well known is.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe ondere darin, daB die Empfindlichkeit gegen Verschmutzung weitgehend ausgeschaltet ist. Ebenso ist eine Abschirmung gegen Fremdlicht nicht erforderlich. Die Messung kann sich ohne großen Aufwand über größere Flächen des Moiré-Musters erstrecken. Damit heben sich Ströungen, die durch Ungenauigkeiten des Musters oder durch Unregelmäßigkeiten in der Bewegung des Meßobjektes gegeben sind, weitgehend auf.The advantages achieved with the invention are in particular that the sensitivity to pollution is largely eliminated. as well shielding against extraneous light is not required. The measurement can be extend without much effort over larger areas of the moiré pattern. Lift with it Disturbances caused by inaccuracies in the pattern or by irregularities are given in the movement of the test object, largely on.

Ein Busfiihrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An example of a bus route according to the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Fig. 1 Dynamischer Torsionsmesser Fig. 2 Beispiel für ein Muster auf den Scheiben Fig. 3 Anordnung der Scheiben zueinander Fig. 4 Beispiel für die Formgebung der Spulen Fig. 5 Beispiel für eine elektronische Schaltung Fig. 1 zeigt einen dyllamischen Torsionsmesser. Zwei Scheiben 2 und 3 sind auf der Welle 1 wie gezeigt montiert. Die Scheiben bestehen z.B. aus kupferkaschiertem Kunststoffmaterial. In die Metallschichten sind bestimmte Muster einge.:itzt. Fig.2 zeigt ein Beispiel für ein Iluster in den beiden Scheiben. Dabei ist es zweckmäßig, auf der einen Scheibe das Original und auf der anderen Scheibe dessen Spiegelbild einzutätzen. Dadurch heben sich Ungenauigkeiten des Musters weitgehend auf.Fig. 1 Dynamic torsion meter Fig. 2 Example of a pattern the disks Fig. 3 arrangement of the disks to each other Fig. 4 example of the shape of the coils Fig. 5 Example of an electronic circuit Fig. 1 shows a dyllamic torsion knife. Two discs 2 and 3 are on the shaft 1 assembled as shown. The discs consist e.g. of a copper-clad plastic material. Certain patterns are etched into the metal layers. Fig.2 shows an example for an Iluster in the two panes. It is useful to use one of the discs to etch the original and its mirror image on the other disc. Through this inaccuracies in the pattern largely cancel each other out.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie die kupferkaschierten Platten zueinander angeordnet sind. Die Kupferbeschichtungen liegen jeweils innen, dadurch kann ihr Abstand voneinander sehr klein gehalten werden.In Fig. 3 it is shown how the copper-clad plates to each other are arranged. The copper coatings are on the inside, so you can Distance from each other can be kept very small.

Die beiden Scheiben lrerden derart justiert, daß bei fehlendem Drehmoment die Durchlässigkeit für ein magnetisches Wechselfeld durch die beiden Scheiben einen mittleren Wert annimmt. Wird nun die eine Scheibe in Bezug zu der anderen Scheibe etwas gedreht, nimmt je nach der Drehrichtung die magnetische Durchlässigkeit zu oder ab.The two disks are adjusted so that if there is no torque the permeability for an alternating magnetic field through the two panes is one assumes middle value. Now becomes one disc in relation to the other disc rotated slightly, the magnetic permeability increases depending on the direction of rotation or at.

Auf der einen Seite der Scheiben ist eine Spule ist angeordnet. Diese Spule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, das möglichst homogen über den größten Teil des Umfangs der Scheiben verteilt ist. Die Spule wird mit einem Wechselstrom Gespeist. Die Frequenz ist so hoch gewählt, daß die Eindringtiefe des magnetischen Feldes in die Metallschichten kleiner als deren Dicke ist. Auf der anderen Seite der Scheiben befindet sich die Spule 5. Diese ist teilweise von dem magnetischen Feld der Spule 4 abgeschirmt. IIird nun die eine Scheibe 2 in bezug zur anderen Scheibe 3 durch ein Drehmoment verdreht, wird die magnetische Kopplung zwischen den Spulen 4 und 5 vergrößert oder verkleinert.A coil is arranged on one side of the discs. These Coil generates an alternating magnetic field that is as homogeneous as possible over the largest Part of the circumference of the disks is distributed. The coil runs on an alternating current Fed. The frequency is chosen so high that the penetration depth of the magnetic Field in the metal layers is smaller than their thickness. On the other hand The coil 5 is located on the discs. This is partly from the magnetic one Shielded field of the coil 4. I will now have one disc 2 in relation to the other Disc 3 rotated by a torque, the magnetic coupling between the coils 4 and 5 enlarged or reduced.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel, wie die Spulen A und 5 besonclers einfach ausgebildet werden können. Die Spulen bestehen aus Leiterbahnen, die in kupferkaschiertes Material eingeätzt sind. Die Anordung ist möglichst rotationssymmetriscli, um ein gleichmäßiges magnetisches Feld längs des Umfangs der Scheiben zu erzeugen. Die Spule 4 kann direkt als Induktivität des Oszillatorschwingkreises dienen. Die Rückkopplungsspule 6 des Oszillatorschwingkreise läßt sich eberfalls auf der Leiterplatte unterbringen.Fig. 4 shows an example of how the coils A and 5 are particularly simple can be trained. The coils consist of conductor tracks that are clad in copper Are etched into the material. The arrangement is as rotationally symmetrical as possible to a Generate uniform magnetic field along the circumference of the discs. the Coil 4 can serve directly as the inductance of the oscillator circuit. The feedback coil 6 of the oscillator circuit can be accommodated on the printed circuit board.

ig. ? zeigt in Beispiel einig elektronischen Schaltung, mit der des Signal ausgewertet werden kann. Die Schaltung läßt sich ebenfalls direkt auf den in Fig. 4 gezeigten Leiterplatten unterbringen. Die Diode 7 und das Potentiometer 8 dienen dazu, den Nullpunkt der Ausgangsspannung einzustellen. Der Kompensationsstrom wird direkt aus der Oszillatorwechselspannung gewonne. Des hat den Vorteil, Daß sich Schwankungen der Oszillatorspannung weitgehend aufheben. Die Anordnung ist dazu geeignet, sowohl positive als auch negative Drehmomente zu messen.ig. ? shows in the example some electronic circuit with the des Signal can be evaluated. The circuit can also be directly applied to the accommodate circuit boards shown in FIG. The diode 7 and the potentiometer 8 are used to set the zero point of the output voltage. The compensation current is obtained directly from the oscillator alternating voltage. That has the advantage that Oscillator voltage fluctuations largely cancel each other out. The arrangement is suitable for measuring both positive and negative torques.

Claims

(1. Using moiré patterns to measure mechanical displacements or positions for e.g. rotating, translationally moving or stationary Machine elements, characterized in that the Moirßé pattern by two or more insulated metal foils lying on top of one another, into which any pattern is incorporated are, arising, and the evaluation of the pattern by an alternating magnetic field occurs, which induces excess currents in the metal foils.

Measuring method according to claim 1, in which a moiré pattern is used, characterized in that the magnetic coupling between two or more coils or the self-indulgence and losses of a coil influenced by the moiré pattern will.

3. Dynamic torrent knife with two discs connected one behind the other, in which the measuring method according to claim 2 is used, characterized in that a moiré pattern is created in which a small turn of one of the discs ('2) in relation to the other disc. (3) the permeability for a magnetic Field changes.

4. Measurement of the change in magnetic permeability in the dynamic torsion knife according to claim 3, characterized in that correspond to shaped coils (4) and (5) measured over the largest possible area of the disks is and is thus the result of inaccuracies in the pattern, eccentricity of the discs and cancel out fluctuations in measured values caused by errors.

5. Production of the coils according to claim 2, characterized in that that they are created by etching conductor tracks in metal-clad material.

6. Production of the pattern in the metal foils according to claim 1, characterized characterized in that the IIetallfolien z.D, applied to an I-sunststoffunterlage and the Iruster are produced by photo and etching techniques that are already known per se will.