DE2163040A1

DE2163040A1 - Phasenwandler, insbesondere fur Ge rate zum Nachweis kleiner Relativbewegungen mittels Interferenzstreifen

Info

Publication number: DE2163040A1
Application number: DE19712163040
Authority: DE
Inventors: Alexander East Kilbride Glasgow Russell (Großbritannien)
Original assignee: DER STAATSSEKRETAER fur HANDE
Current assignee: DER STAATSSEKRETAER fur HANDE
Priority date: 1970-12-21
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1972-09-07
Also published as: GB1380045A

Description

DIPL. ING. Κ. HOLZEK

PO A Ü G S a tiKG

M. 510

Augsburg, den 16. Dezember 1971

Der Staatssekretär für Handel und Industrie in der Regierung Ihrer Majestät der Königin des Vereinigten Königreiches von Großbritannien und Nordirland, 1, Victoria Street, London S.W.l, England

Phasenwandler, insbesondere für Geräte zum Nachweis kleiner Relativbewegungen mittels Interferenzstreifen

Die Erfindung betrifft einen Phasenwandler, insbesondere für Geräte zum Nachweis kleiner Relativbewegungen mittels Interferenzstreifen. Derartige Geräte dienen beispielsweise als Positionsanzeiger oder als Teile von

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Positionssteuereinrichtungen, wie sie beispielsweise im Präzisionsraaschinenbau oder im Werkzeugmaschinenbau Anwendung finden.

Beispielsweise bei Werkzeugmaschinen werden als Teil eines Positionsmeßsystems zwischen einem festen Maschinenteil und einem beweglichen Maschinenteil an diesen Maschinenteilen befestigte optische Beugungsgitter verwendet, deren Gitterlinien unter einem bestimmten Winkel zueinander verlaufen und mit deren Hilfe Interferenzstreifen erzeugt werden, die ein Maß für Relativverschiebungen zwischen den beiden Maschinenteilen geben. Es ist außerdem bekannt, in Verbindung mit Meßsystemen hohen Auflösungsvermögens Grobgitter in Verbindung mit einem Interpoliersystem zu verwenden, wobei an vier Stellen auftretende Interferenzerscheinungen beobachtet werden, worauf eine Integration erfolgt, welche eine Sinuswellenform ergibt, die mit einer Musterwelle verglichen wird. Bei den bekannten Systemen solcher Art wurden die erforderlichen Phasenänderungen jeweils mittels mechanisch bewegter Teile herbeigeführt, was den Nachteil hatte, daß komplizierte Anordnungen erforderlich waren und daß Schwingungserscheinungen auftraten.

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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, mittels eines Zeitphasenwandlers eine sinusförmige Ausgangsschwingung zu erzeugen, die in Digitalform umgewandelt wurde.

Durch die vorliegende Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einem derartigen Phasenwandler eine einfachere Konstruktion, eine genauere und zuverlässigere Anzeige und einen weniger störungsanfälligen Aufbau zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Phasenwandler der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart gelöst, der gemäß der Erfindung durch ein langes Beugungsgitter und durch einen relativ dazu bewegbaren Satz von mindestens zwei Index-Beugungsgittern, von welch letzteren jedes mit einem Teil des langen Beugungsgitters zusammenwirkt und jeweils ein gesondertes Interferenzstreifenmuster erzeugt, ferner durch eine zyklisch modulierte Strahlungsquelle bestimmter Frequenz zur Beleuchtung der genannten Beugungsgitter und Erzeugung der genannten Interferenzstreifenmuster, wobei diese Strahlungsquelle entweder eine Vielzahl von Strahlungen dieser bestimmten

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Frequenz, jedoch mit für jedes Indexgitter jeweils verschiedener Phasenlage erzeugt v. id/oder jedes dieser Indexgitter jeweils eine gesonderte Phasenbeziehung zu dem langen Beugungsgitter hat, derart, daß jeder der an den Indexgittern abgegriffenen Ausgänge eine Vielzahl von zyklisch modulierten Strahlen mit Interferenzstreifenmustern enthält, die phasenmäßig in zyklisch-symmetrischer Weise voneinander abweichen, und endlich durch einen photoelektrischen Wandler gekennzeichnet ist, der die an den Indexgittern abgegriffenen Ausgänge aufnimmt und miteinander kombiniert, um mindestens ein zyklisch moduliertes Ausgangssignal zu erzeugen, das sich folglich phasenmäßig in Übereinstimmung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter und dem Satz von Indexgittern ändert.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung weist ein derartiger Phasenwandler η Indexgitter auf, wobei η \ 3 ist, und die Strahlungsquelle des Phasenwandlers erzeugt eine einzige modulierte Strahlung, wobei gemäß der Erfindung die erzeugten Interferenzstreifenmuster sich hinsichtlich ihrer räumlichen Phase voneinander um den Betrag .eines ganzzahligen Vielfachen von 36Ο /n unterscheiden. Vorzugsweise sind vier Indexgitter vorgesehen, die sich hinsichtlich ihrer räumlichen

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Phase um 90° oder ein ganzzahliges Vielfaches dieses Wertes unterscheiden und ein derartiger Phasenwandler ist durch vier photoelektrische Zellen zur Aufnahme der Ausgänge der vier Indexgitter und durch eine Phasenschiebeschaltung gekennzeichnet, an welche die photoelektrischen Zellen antiparallel angeschlossen sind und welche den ihr zugeführten Eingängen mit Bezug aufeinander eine relative Phasenverschiebung von 90° aufdrückt, so daß ein Ausgang erzeugt wird, der die Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle enthält und seine Phasenbeziehung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter und den Indexgittern ändert.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist ein derartiger Phasenwandler η Strahlungsquellen auf, wobei η ^ 3 ist und ein derartiger Phasenwandler ist gemäß der Erfindung durch eine entsprechende Anzahl von Indexgittern und photoelektrischen Zellen sowie durch eine Oszillatoreinrichtung gekennzeichnet, welch letztere die Ausgänge der Strahlungsquellen so moduliert, daß sie sich voneinander hinsichtlich ihrer zeitlichen Phase durch ganzzahlige Vielfache von 360° /n unterscheiden. Vorzugsweise ist dabei ein Signalausgangskreis vorgesehen, der eine Summiereinrichtung enthält, an deren Eingang die

— CT _

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Ausgänge der photoelektrischen Zellen angelegt sind, so daß das Ausgangssignal des Signalausgangskreises im wesentlichen dieselbe Frequenz wie die Modulationsfrequenz hat, jedoch seine Phasenbeziehung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter und den Indexgittern ändert.

Gemäß einer weiter abgewandelten Ausfuhrungsform der Erfindung weist ein derartiger Phasenwandler einen photoelektrischen Wandler mit einer einzigen photoelektrischen Zelle, einen Signalausgangskreis und zwischen die Indexgitter und die photoelektrische Zelle geschaltete Fokussiermittel auf, die so geschaltet sind, daß jeder an jedem Gitter des Indexgittersatzes auftretende Ausgang auf die photoelektrische Zelle fokussiert wird, mit dem Ergebnis, daß der Ausgang des photoelektrischen Wandlers im wesent- || liehen die gleiche Frequenz wie die Modulation der Strahlungsquelle hat und seine Phasenbeziehung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter und den Indexgittern ändert.

Nach noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein derartiger Phasenwandler durch einen Funktionsdrehmelder, ferner einen phasenempfindlichen

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Gleichrichter, weiter durch einen Servomotor und endlich durch einen Umdrehungszähler gekennzeichnet, die so zusammengeschaltet sind, daß die zyklisch modulierten Ausgangssignale dem Stator des Punktionsdrehmelders und die sich am Rotor des Punktionsdrehmelders ergebenden Ausgangssignale dem phasenempfindlichen Gleichrichter zugeführt und dort mit einem Bezugssignal verglichen werden, welches von der Modulationswellenform der Strahlungsquelle abgeleitet wird, wobei die vom phasenempfindlichen Gleichrichter abgegriffenen Fehlersignale dem Servomotor zugeführt werden, der daraufhin den Rotor des Funktionsdrehmelders so dreht, daß das von diesem gelieferte Ausgangssignal auf Null reduziert wird und der Umdrehungszähler die Drehungen des Rotors des Funktionsdrehmelders zählt. Dabei wird zweckmäßig das vom phasenempfindlichen Gleichrichter gelieferte Fehlersignal mittels eines Servoverstärkers verstärkt, bevor es dem Servomotor zugeführt wird.

In Abwandlung dieser Ausführungsform der Erfindung treibt der Servomotor den Rotor des Funktionsdrehmelders über ein Getriebe an, so daß das Verhältnis zwischen der Drehzahl des Servomotors und derjenigen des Rotors des Punktionsdrehmelders dem Getriebe-übersetzungs-

-T-

2 0 8 8 3 7/0 b S 0

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verhältnis entspricht.

In weiterer Abwandlung der Erfindung kann das lange Beugungsgitter des erfindungsgemäßen Phasenwandlers ein Reflexionsgitter sein, mit welchem die zyklisch modulierte Strahlungsquelle, die Indexgitter und der photoelektrische Wandler zusammenwirken.

Der Ausdruck "langes Gitter" ist im Zuge der nachstehenden Darlegungen so zu verstehen, daß ein Gitter gemeint ist, dessen Abmessungen in Richtung senkrecht zum Verlauf der Gitterlinien groß im Vergleich zu seinen Abmessungen in Richtung der Gitterlinien ist. Ein derartiges langes Gitter kann beispielsweise linear, aber auch ringförmig sein oder am Umfang eines Zylinders angebracht sein.

Wird ein optisches Gitter als Element eines Meßsystems oder eines Steuersystems verwendet, so ergeben sich durch Anwendung des erfindungsgemäßen Zeitphasenmodus verschiedene Vorteile, wenn der Gitter-Raumwinkel 0 so groß gemacht wird, daß ein Ausgangs-Zeitphasensignal V erzeugt wird, weiches die Form

V_o = sin ( t + 0 )

2 0 3 8 3 7/0 G 50

Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal ein solches von konstanter Amplitude sin-^t ist, welches der Trägerwelle sin t um eine Zeitspanne nacheilt, die gleich dem Wandlerwinkel 0 ist.

Die Hauptvorteile eines derartigen Systems gegenüber Gleichstromsystemen sind folgende:

1. Amplitudenänderungen rufen keine Fehler hervor,

2. harmonische Verzerrungen können durch Ausfiltern beseitigt werden,

3. durch Gleichspannungsdrift werden keine Fehler hervorgerufen, und

4. das Signal eignet sich zur Verarbeitung in anderen Wandlern, beispielsweise in Funktionsdrehmeldern oder in Inductosynwandlern.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand einiger bevorzugter Ausführung3formen in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben.

2 0 9 8 3 7 / 0 ü δ 0

In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform

der Erfindung,

Fig. 2 ein Schema der Index-Beugungs

gitter, welche in der in Fig.

P gezeigten Ausführungsform der

Erfindung Anwendung finden,

Fig. 3 ein Schema einer weiteren Aus

führungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Schema einer noch weiteren

Ausführungsform der Erfindung,

fe Fig. 5 ein Schema einer abgewandelten

Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 und

Fig. 6 ein Schema einer Anwendungsform

der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung eines

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0 i) 8 3 7 / Ü b ä 0

erfindungsgemäßen Phasenwandlers wird eine Galliumarsenidlampe 10 von einem Oszillator 12 moduliert und eine einzige Kollimator linse l*f verteilt Licht auf eine Fläche, auf welcher vier Indexgitter 16, 18, 20, 22 und dementsprechend auch vier Photodioden 28, 30, 32 und 3^ angeordnet sind. Die Indexgitter und die Photodioden sind vorteilhaft in Quadratform angeordnet, so daß die kreisförmige Linse Ik am besten ausgenutzt wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Indexgitter wirken mit einem Lineargitter zusammen, von welchem ein Teil bei 2k angedeutet ist und welches relativ zu den vier Indexgittern bewegt werden kann, indem es auf einem beweglichen Teil der Anordnung befestigt ist, wobei die Bewegungsrichtung durch einen Doppelpfeil 26 angedeutet ist.

Die sich auf Grund der Verschlußwirkung jeweils bei überdeckung des linearen Gitters mit den Indexgittern ergebenden Wellenformen sind hinsichtlich ihrer räumlichen Phase jeweils bei 0°, 90°, l80° und 270° gelegen,wobei jeweils das Indexgitter 16 der Lage bei 0 , das Indexgitter 18 der Lage bei 90°, das Indexgitter 20 der Lage bei 180 und das Indexgitter 22 der Lage bei 270° entspricht.

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Die tatsächlichen Wellenformen der vier Zellen sind jeweils Vielfache des Lampensignals und der einzelnen Indexsignale und können durch entsprechende Bewegung des Lineargitters 24 geändert werden.

Die Photodioden 28, 30, 32 und 34 sind jeweils mit einem Verstärker 36 verbunden. Der letztere weist zwei gleiche Wechselstromverstärker 38 und 40, ferner eine Schaltung bestehend aus einer Kapazität 42 mit dem Wert C und einem Widerstand 44 mit dem Wert R und eine Ausgangsverbindung 46 auf. Die Photodioden sind in der dargestellten Weise mit den Verstärkern antiparallel zusammengeschaltet und gestatten auf diese Weise eine algebraische Summierung der von den Photodioden von der Strahlungsquelle 10 durch das Lineargitter und die Indexgitter hindurch aufgenommenen Signale. Die Kapazität C ist so gewählt, daß ihr Reaktanzwert Xc bei Modulationsfrequenz gleich dem Widerstand R ist.Der an der Verbindung 46 abgegriffene Ausgang hat dann die Form cos(ut - 0), wenn die Modulation der Strahlungsquelle die Form sin< t hat, wobei der Phasenwinkel durch die räumliche Beziehung zwischen dem linearen Gitter 24 und den Indexgittern 16, 18, 20 und 22 eingebracht wird.

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Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind drei Lampen 48, 50 und 52 vorgesehen. Diese werden von einem Oszillator 12 und Verzögerungskreisen 54, 56 so moduliert, daß die erhaltenen Modulationswellenformen sich hinsichtlich ihrer zeitlichen Phase um 120 voneinander unterscheiden. Das bedeutet, daß, falls die Modulation der Lampe 48 proportional dem Ausdruck sin ^t ist, diejenige der Lampe 50 proportional dem Ausdruck sin (u-t * 120°) ist und diejenige der Lampe 52 proportional dem Ausdruck sin (cut + 240°) ist. Moduliertes Licht gelangt von den Lampen über entsprechende Kollimatorlinsen 58, 60, 62 über Gitter 24 und durch entsprechende Indexgitter 64.,' 66, 68 zu den betreffenden Photodioden 70, 72 und 74. Die sich ergebenden und von den Photodioden erzeugten Ausgangssignale werden über entsprechende Kapazitäten 76, 78 und 80 dem Verstärker 36 zugeführt, der bei dieser Ausführungsform der Erfindung als Summierverstärker üblicher Bauart ausgebildet ist. Durch entsprechende Wahl der Zeitkonstanten können in üblicher Weise niederfrequente Komponenten der dem Verstärker zugeführten Signale unterdrückt werden und der an den Verbindungen 46 abgreifbare Ausgang hat dann die Wellenform cos (Oüt - 0), worin der Ausdruck cut wiederum der Modulation entspricht und der Ausdruck 0 dem durch die

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räumliche Beziehung zwischen dem Lineargitter 24 und den Indexgittern 64, 66 und 68 eingeführten Phasenwinkel entspricht.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Die links der Linie X-X in Fig. 4 dargestellte Schaltung ist die gleiche wie die in Fig. 3 dargestellte Schaltung. Statt daß jedoch das von den einzelnen Lampen herrührende modulierte Licht wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfxndungsgemäßen Anordnung durch Beugungsgitter zu entsprechenden einzelnen Photodioden gelangt, wird bei der in Fig. 4 gezeigten Aus führungs form der Erfindung das ganze modulierte Licht durch eine Bildlinse 82 gesammelt und von dieser auf eine einzige Photodiode 84 fokussiert. Das von der Photodiode abgegriffene Signal wird über eine Kapazität 86 dem Verstärker 36 zugeführt, wobei Jedoch nunmehr die Summierung von der Diode und nicht von dem Verstärker vorgenommen wird wie bei der vorbeschriebenen Anordnung. Der Ausgang an der Verbindung 46 des Verstärkers ist wiederum sinusförmig und hängt von dem der Modulation entsprechenden Wert cot ab, wobei wiederum der Ausdruck 0 der Phasenwinkel ist, welcher durch die räumliche Beziehung zwischen dem linearen Gitter 24 und den Index-

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gittern 64, 66 und 68 eingebracht wird.

Geeignete Modulationsfrequenzen liegen zwischen 1 kHz und 3 kHz, doch können auch niedrigere oder höhere Frequenzen Anwendung finden. Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung Durchgangsbeugungsgitter Anwendung finden, ist es auch möglich, gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung Reflexionsgitter anzuwenden. Die verwendeten Gitter können dem Grobgitterbereich angehören, beispielsweise also 40 Linien je Zentimeter oder weniger aufweisen, oder sie können dem Peinbereich angehören und beispielsweise 400 Linien je Zentimeter oder mehr aufweisen, je nachdem, welcher Art die auszuführende Steuer- oder Überwachungstätigkeit ist und auf welchem Arbeitsgebiet das Gerät Anwendung finden soll.

Anordnungen von Indexgittern in der gewünschten gegenseitigen Phasenlage, wie sie beispielsweise in Fig. dargestellt ist, sind im Handel erhältlich und machen folglich die zuerst unter Bezug auf Fig. 1 beschriebene Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn es um eine gedrungene Konstruktion geht. Dies kann weiter noch dadurch gefördert werden, daß integrierte

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Verstärkerschaltungen Anwendung finden.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere eine wirtschaftliche Herstellung gewährleistet, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Ausgänge der Photodioden 28 und 32 bzw. 30 und 34 werden jeweils antiparallel unmittelbar zu der Kapazität 42 und dem Widerstand 44 geschaltet. Ein an der Verbindungsstelle zwischen 42 und 44 abgegriffenes Signal wird über einen Hochpaßfilter 88 einem einzigen Wechselstromverstärker zugeführt. Der von dem Verstärker 36 abgegriffene und an den Verbindungen 46 dargebotene Ausgang wird dann in der vorher beschriebenen Weise die Form cos (- t - 0) haben, wenn die Modulation der Strahlungsquelle 10 die Wellenform siru-«-t hat.

Eine besondere Anwendung der Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig.6 im einzelnen beschrieben. In Fig. 6 sind Teile, welche gleiche Funktionen wie Teile der in Fig. 1 gezeigten Anordnung haben, jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die normalerweise dargestellten ochaltungsverbindungen sind jedoch in Fig. in vereinfachter Form dargestellt. Vorausgesetzt, daß

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-. ü u J / / K- t *. I.

die Anordnung der Bezugsgitter in Wandler der in Fig. 1 dargestellten und in Zusammenhang damit beschriebenen Ausführungsfore der Erfindung entspricht, können die Ausgangssignale der Verstärker als äquivalente Drehmeldersignale aufgefaßt werden, welche die Form sin', t sin 0 und sin t cos 0 haben.

Die Ausgangssignale der Verstärker werden über Hochpaßfilter 92 und 9$ geführt, welche Gleichspannungen und niederfrequente Komponenten ausfiltern. Nach entsprechender Filterung werden die Signale der Statorwicklung eines Funktionsdrehmelders zugeführt, dessen Rotor ein Ausgang3signal liefert, welches einem phasenempfindlichen Gleichrichter 100 zugeführt und dort mit der Modulationswelle der Strahlungsquelle als Bezugsfrequenz verglichen wird. Jegliche Abweichung zwischen dem Rotordrehwinke1 und den elektrischen Phasenwinkeln sin 0 bzw. cos 0, welche jeweils den dem Stator des Funktionsdrehmelder3 96 zugeführten Signalen entsprechen, ergibt am Ausgang des phasenempfindlichen Gleichrichters 100 jeweils ein Fehlersignal, welches durch einen Verstärker 102 verstärkt und dann zur Betätigung eines Servomotors 104 verwendet wird. Der Motor 104 treibt den Rotor des Funktionsdrehmelders

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2 3 S : 3 / / ü fa 6 U

21630AQ ff

über eine mechanische Verbindung 98 derart an, daß das ▼on phasenempfindlichen Gleichrichter 100 gelieferte ?«hl«rsignal vermindert wird und folglich der Rotor des

Drehmelders so lange gedreht wird, bis der vom Drehmelder

gelieferte Ausgang gleich Hull ist. Ξ3 wird al3o für jede gegebene Stellung des Wandlers die von den Komponenten 96,

-. 100, 102, 104, 98 und 96 gebildete Servoschleife jeweils auf Null abgeglichen und jede davon herrührende Bewegung de3 Wandlers bewirkt, daß der Servomotor den vom Wandler gelieferten Signalen jeweils in Synchronismus folgt, wobei jeweils bei jeder Bewegung des Gitters 24 um jeweils eine Gitterteilung von einer Umdrehung des Servomotors und des Rotors des Drehmelders begleitet wird. Ein umdrehungszähler 97 wird von der mechanischen Verbindung 98 angetrieben und zählt die Drehungen des Rotors des Funktionsdrehmelders 96, wobei die Anordnung so getroffen werden kann, daß zwischen Bruchteilen einer Phase der Gitterteilung interpoliert wird.

Wird in die mechanische Verbindung 98 ein in Fig. schematisch bei 106 angedeutetes Getriebe einbezogen, dessen übersetzungsverhältnis den Wert m : η hat, 3ο wird bei η Umdrehungen des Rotors des Funktionsdrehmelders 96 der Servomotor 104 jeweils m Umdrehungen

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inachen. Ein an der Welle des Servomotors 101} angebrachter Meßwertgeber 108 üblicher Bauart mißt die Wellendrehzahlen und erzeugt ein bei 9TA angedeutetes elektrisches Signal, welches unmittelbar die Umläufe der Servomotorwelle angibt. Es hat sich gezeigt, daß kleine Fehler im Getriebe 106 unwichtig sind, da solche Fehler sich jeweils nur auf eine Phase der Wandlergitterteilung verteilen und folglich in der langen Zeitspanne einee erheblichen Bewegungsbereiches am Wandler im Durchschnitt untergehen. Das am Meßwertgeber des Servomotors abgegriffene Signal und die entsprechende, von dem Funktionsdrehmelder durchlaufene Anzahl von Phasen können also so gewählt werden, daß sie zusammen ein geeignetes elektrisches Verhältnissignal ergeben, welches zwecks genauer Messungen auf Zahnräderpaare angewandt werden kann, welche ein Nennübersetzungsverhältnis von m : η haben.

Für diesen Zweck sind zwei Satz· von Zeitphaeenwandlem der in Fig. 6 dargestellten Art so geschaltet, daß ein erster Wandler die Bewegung eines ersten Zahnrades eines zu untersuchenden Zahnradpaares überwacht und ein zweiter Satz von Überwachungsgeräten die Bewegung des zweiten Zahnrades überwacht, wobei das erste Zahn-

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2 ü ü ι.- ■.//:. ii B U

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rad das zweite im Verhältnis m : η antreibt. Beim ersten Satz der Einrichtung erfolgt der Antrieb vom Servomotor 104 zum Punktionsdrehmelder 96 unmittelbar, so daß das übersetzungsverhältnis des Getriebes 106 mit 1 : 1 angegeben werden kann, während bei dem zweiten Satz der Anordnung das Getriebe 106 ein übersetzungsverhältnis von η : m hat. Die Ablesung bei 97 wäre 0t also für jeden Satz der Anordnung die gleiche, wobei vorausgesetzt ist, daß das zu untersuchende Zahnradpaar vollkommen ist. Jeder Fehler des Zahnradpaares würde sich durch Unterschiede zwischen den Ablesungen an den beiden Sätzen der Anordnung ankündigen.

Die in Pig. I dargestellte Anordnung weist vier Indexgitter mit zugehörigen Photodioden auf. Die Schaltung kann durch Reduktion, auf zwei Gitter 16 und 18 bzw. ^ zwei Photodioden 28 und 30 vereinfacht werden, wobei die Indexgitter in quadratischer räumlicher Anordnung angeordnet sind. Diese vereinfachte Anordnung erzeugt nicht ganz so gute Resultate wie die in der Zeichnung dargestellte Anordnung, weil zu jeder Zeit nur ein kleinerer Teil des langen Gitters 24 zur Verfügung steht und folglich weniger Aussicht auf die Unterdrückung von Gitterfehlern

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besteht. Weiterhin findet dabei keine wesentliche Unterdrückung von Gleichspannungen am Eingang zu den Verstärkern 38, 40 statt, welche durch die vollständige antiparallele Verbindung der in Pig. I dargestellten Art gewährleistet ist.

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Claims

Patentansprüche

1.)Phasenwandler, insbesondere zum Nachweis kleiner Relativbewegungen mittels Interferenzstreifen, gekennzeichnet durch ein langes Beugungsgitter (24) und durch einen relativ dazu bewegbaren Satz von mindestens zwei Index-Beugungsgittern (16, 18, 20, 22), von welch letzteren jedes mit einem Teil des langen Beugungsgitters zusammenwirkt und jeweils ein gesondertes Interferenzstreifenmuster erzeugt, ferner durch eine zyklisch modulierte (12) Strahlungsquelle (10) bestimmter Frequenz zur Beleuchtung der genannten Beugungsgitter und Erzeugung der genannten Interferenzstreifenmuster, wobei diese Strahlungsquelle entweder eine Vielzahl von Strahlungen ^ (Fig. 3 und 4) dieser bestimmten Frequenz, jedoch mit für jedes Indexgitter jeweils verschiedener Phasenlage erzeugt und/oder jedes dieser Indexgitter jeweils eine gesonderte Phasenbeziehung (Fig. 1, 5 und 6) zu dem langen Beugungsgitter hat, derart, daß jeder der an den Indexgittern abgegriffenen Ausgänge eine Vielzahl von zyklisch modulierten Strahlen mit Interferenz-

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Streifenmustern enthält, die phasenmäßig in zyklischsymmetrischer Weise voneinander abweichen, und endlich gekennzeichnet durch einen photoelektrischen Wandler (28, 30, 32, 3¹11 36), der die an den Indexgittern abgegriffenen Ausgänge aufnimmt und miteinander kombiniert, um mindestens ein zyklisch moduliertes Ausgangssignal zu erzeugen, das sich folglich phasenmäßig in Übereinstimmung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter und dem Satz von Indexgittern ändert.

2. Phasenwandler nach Anspruch 1 mit η Indexgittern, wobei η ^, 3 ist, dessen Strahlungsquelle eine einzige modulierte Strahlung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Interferenzstreifenmuster sich hinsichtlich ihrer räumlichen Phase voneinander um den Betrag eines ganzzahligen Vielfachen von 36Ο⁰ /n unterscheiden.

3. Phasenwandler nach Anspruch 2 mit vier Indexgittern, die sich hinsichtlich ihrer räumlichen Phase um 90° oder ein ganzzahliges Vielfaches dieses Wertes unterscheiden, gekennzeichnet durch vier photoelektrische Zellen (28, 30, 32, 3Ό zur Aufnahme der Ausgänge der vier Indexgitter (16, 18, 20, 22) und durch eine Phasenschieber-

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Pt

Schaltung (42, 44), an welche die photoelektrischen Zellen antiparallel angeschlossen sind und welche den ihr zugeführten Eingängen mit Bezug aufeinander eine relative Phasenverschiebung von 90° aufdrückt, so daß ein Ausgang erzeugt wird, der die Modulationsfrequenz (12) der Strahlungsquelle (10) enthält und seine Phasenbeziehung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter (24) und den Indexgittern ändert (Pig. I, 5 und 6).

4. Phasenwandler nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschieberschaltung (42, 44) eine R-C-Schaltung ist (Pig. I, 5 und 6).

5. Phasenwandler nach Anspruch 1 mit η Strahlungsquellen, wobei η > 3 ist, gekennzeichnet durch eine entsprechende Anzahl von Indexgittern (64, 66, 68) und photoelektrischen Zellen (70, 72, 74) sowie durch eine Oszillatoreinrichtung (12, 54, 56), welch letztere die Ausgänge der Strahlungsquellen so moduliert, daß sie sich voneinander hinsichtlich ihrer zeitlichen Phase durch ganzzahlige Vielfache von 360° /n unterscheiden (Fig. 3).

6. Phasenwandler nach Anspruch 5, gekennzeichnet

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durch einen Signalausgangskreis (76, 78, 80, 36), der eine Summiereinrichtung (36) enthält, an deren Eingang die Ausgänge der photoelektrischen Zellen (70, 72, 74) angelegt sind, so daß das Ausgangssignal des Signalausgangskreises im wesentlichen dieselbe Frequenz wie die Modulationsfrequenz (12) hat, jedoch seine Phasenbeziehung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter (24) und den Indexgittern (64, 66₃ 68) ändert (Fig. 3).

7. Phasenwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen photoelektrischen Wandler mit einer einzigen photoelektrischen Zelle (84), einen Signalausgangskreis (84, 86, 36, 46) und zwischen die Indexgitter (64, 66, 68)' und die photoelektrische Zelle geschalteten Fokussiermitteln (82), die so geschaltet sind, daß jeder an jedem Gitter des Indexgittersatzes auftretende Ausgang auf die photoelektrische Zelle fokussiert wird, mit dem Ergebnis, daß der Ausgang des photoelektrischen Wandlers im wesentlichen die gleiche Frequenz wie die Modulation (12) der Strahlungsquelle (10) hat und seine Phasenbeziehung mit der Relativbewegung zwischen dem langen Gitter (24) und den Indexgittern (64, 66, 68) ändert (Fig. 4).

8. Phasenwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet

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durch einen Punktionsdrehmelder (96), ferner durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter (100), weiter durch einen Servomotor (104) und endlich durch einen Umdrehungszähler (97)j die so zusammengeschaltet sind, daß die zyklisch modulierten Ausgangssignale dem Stator des Funktionsdrehmelders und die sich am Rotor des Funktionsdrehmelders ergebenden Ausgangssignale dem phasenempfindlichen Gleichrichter zugeführt und dort mit einem Bezugssignal verglichen werden, welch letztere von der Modulationswellenform (12) der Strahlungsquelle abgeleitet ist, wobei die vom phasenempfindlichen Gleichrichter abgegriffenen Fehlersignale dem Servomotor zugeführt werden, der daraufhin den Rotor des Funktionsdrehmelders so dreht, daß das von diesem gelieferte Ausgangssignal auf Null reduziert wird und der Umdrehungszähler die Drehungen des Rotors des Funktionsdrehmelders zählt (Fig. 6).

9. Phasenwandler nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Servoverstärker (102), der das vom phasenempfindlichen Gleichrichter (100) gelieferte Fehlersignal verstärkt, bevor es dem Servomotor (104) zugeführt wird (Fig. 6).

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10. Phasenwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (104) den Rotor des Punktionsdrehmelders (96) über ein Getriebe (106) antreibt, so daß das Verhältnis zwischen der Drehzahl des Servomotors und derjenigen des Rot' i des Punktionsdrehmelders dem Getriebe-Übersetzungsverhältnis entspricht (Fig. 6).

11. Phasenwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lange Beugungsgitter (24) ein Reflexionsgitter ist, mit welchem die zyklisch modulierte (12) Strahlungsquelle (10), die Indexgitter (18, 20, 22, 24) und der photoelektrische Wandler (36) zusammenwirken.

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