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Winkelmesser Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelmesser mit
einer bewegbaren Winkelmeßscheibe, die mit einer oder mehreren Meßskalen versehen
ist, auf die das Bild entweder eines jeweils anderen Meßskalenteils oder eines feststehenden
Schirmes projizierbar ist und deren Lichtdurchlässigkeit an Fotodetektoren in Abhängigkeit
von der Bewegung der Winkelmeßscheibe variierende elektrische Meßsignale entstehen
läßt, mit einer elektrischen Auswerteschaltung zum Analysieren der von den Fotodetektoren
abgegebenen Meßsignale und mit einem bewegbar in den Projektionsweg für die Mußterprojektion
auf die NeßCkalen eingefügten optischen Glied.
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Ein bekannter Winkelmesser dieser trt besitzt eine kreisförmige Winkelmeßscheibe
mit zwei mit einem Linienmuster versehenen Meßskalen und als Lichtquelle beispielsweise
eine Leuchtdiode, die so angeordnet ist, daß. sie einen Teil der Meßskalen beleuchtet,
dessen Bild dann über ein optisches Glied auf einen anderen Teil der äeßskalen projiziert
wird. Diese Meßskalen werden dann optisch auf Fotodetektoren reproduziert, woraus
sich elektrische tbbßignale erhalten lassen, die in Abhängigkeit einer Rotationsbewegung
der Winkelmeßscheibe variieren.
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Diese Meßsignale werden anschließend in einer elektrischen Xuswerteschaltung
verarbeitet,
so daß beispielsweise eine numerische Analyse für die Rotation der Winkeließscheibe
erhalten wird. Die elektrische Auswerteschaltung wird dabei mit variierenden1 beispielsweise
sinusförmigen Signalen gespeist. Dies bringt es mit sich, daß die Auswerteschaltung
bei Stillstand der Winkeließscheibe keine variierenden Meßsignale zugeführt erhält.
Wenn nun ein solcher Stillstand der 'xinkelmeßscheibe von längerer Dauer ist, kann
es vorkommen, daß die elektrischen Baustufen in der Auswerteschaltung infolge des
Ausfalls weiterer Information undefinierte Zustände annehmen, und um dies auszuschließen,
muß ein sogenanntes "Updating" der Auswerteschaltung, im Prinzip also deren Nachführung
auf den jeweiligen Stand vorgenommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Nachstell-Vorgang
für einen Winkelmesser der eingangs erwähnten Art unnötig zu machen.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß das
optische Glied bei stillstehender Winkeließscheibe eine hinundhergehende Bewegung
ausführt, die das auf die Fotodetektoren auftreffende Licht in seiner Intensität
in der gleichen Weise variiert, als wenn die Winkelmeßscheibe in Bewegung wäre.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Winkelmesser gibt es daher
auch bei stillstehender Winkolmeßscheibe ein Meßsignal für die Auswerteschaltung,
womit das für deren Updating erforderliche Signal ohne weiteres zur Verfügung steht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bewegung
des optischen Gliedes eine Drehbewegung us eine Rotationanchse für dieses Glied,
und außerdem kann das optische Glied 80 geformt sein, daß die durch seine Drehung
ausgelöste Lichtablenkung proportional zur Breite des Musters auf den Meßskalen
in der normalen Bewegung.
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richtung für die Winkelmeßscheibe wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
die einzige Figur der Zeichnung zeigt dazu ein schematisch gehaltenes Gesamtbild
für den Verlauf des Meßlichtes durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Winkelmesser.
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In der Darstellung in der Zeichnung beleuchtet eine Leuchtdiode 1
über einen Kondensator 2 eine kreisringförmige Winkelmeßscheibe 3, die mit zwei
Neßskalen 4 und 5 versehen ist. Die Eleß6kalen 4 und 5 bestehen jeweils aus alternierend
aufeinanderfolgenden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Abschnitten. Das
von der Leuchtdiode 1 ausgesandte Licht geht durch den Kondensator 2 hindurch und
wird beim anschließenden Durchtritt durch die in Drehung versetzte Winkelmeßscheibe
3 durch die lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Abschnitte der Meßskalen
4 und 5 moduliert. Anschließend wird das Licht mittels zweier Winkelprismen 6 und
10, zweier Linsensysteme 7 und 9 und eines Dachprismas 8 zu einer diametral gegenüberliegenden
Stelle der Winkelmeßscheibe 3 übertragen, an der es erneut durch die Maßskalen 4
und 5 hindurchgeht.
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Weiterhin durchquert das Licht eine Fokussierungslinse 11 und einen
optischen Strahlteiler 12, der das durch die beiden nebeneinander angeordneten Maßskalen
4 und 5 hindurchgegangene Licht so weit auseinanderzieht, daß jeder der beiden so
entstehenden Lichtstrahlen in einem eigenen und relativ größen Fotodetektor 15 bzw.
16 aufgefangen werden kann. Zwischen den Strahlteiler 12 und jeden der Fotodetektoren
15 und 16 ist jeweils eine weitere Fokussierungslinse 13 bzwe 14 eingefügt.
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An den Ausgängen der Fotodetektoren 15 und 16 entstehen so Signale,
die in Abhängigkeit von der Rotation der Winkelmeßscheibe 3 variieren.
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Diese Meßsignale werden einer elektrischen Auswerteschaltung 18 zugeführt,
welche die Maßskalen 4 und 5 analysiert und beispielsweise in digitaler Form eine
Anzeige für die Rotation der Wiikelmeßschoibe 3 zum Beispiel in Winkelgraden liefert.
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Wenn jedoch die Winkelmeßscheibe 3 stillsteht, geben die FotodXteX-toren
15 und 16 keine variierenden Meßsignale an die Äsrtesohaltung 18 weiter. Wenn dieser
Stillstand der Winkeließscheibe 3 über längere Zeit andauert, kann es sein, daß
Baustufen in der Auwertenchaltung 18 ihre eingespeicherten Werte nicht festhalten,
sondern undefinierte Zustände annehmen.
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Wenn erfindungsgemäß ein optisches Glied 17 so angeordnet wird, daß
die optischen Meßsignale nach der Durchgang des Lichtes durch die Winkelmeßscheibe
3 an einer Stelle mittels Verdrehen dieses optischen Gliedes 17 zu einem Überstreichen
der Meßskalen 4 und 5 an der anderen Stelle für den Durchgang des Lichtes durch
die Winkeließscheibe 3 gebracht werden können, läßt es sich ermöglichen, daß trotz
des Stillstandes der Winkelmeßscheibe 3 optisch modulierte Signale auf die Fotodetektoren
15 und 16 auftreffen und damit variierende elektrische meßsignale für die Auswerteschaltung
18 entstehen lassen.
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Indem dem optischen Glied 17 die Ausführung einer Verdrehung in bestimmten
Zeitintervallen ermöglicht wird, läßt sich sicherstellen1 daß die elektrische Auswerteschaltung
18 ständig mit einem Meßsignal gespeiet wird, das ihre Baustufen auf dem laufenden
Stand hält.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das optische Glied
17 die Form eines Glaskeiles. Dadurch haben die das optische Glied 17 durchsetzenden
Lichtstrahlen darin ungleich lange Lichtwege zurückzulegen, deren Länge von ihrem
Abstand von der Rotationsachse für die Winkelmeßscheibe 3 abhängt, und demzufolge
werden diese Lichtstrahlen in unterschiedlichem Ausmaß abgelenkt. Dies ist bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel deshalb erforderlich, weil infolge der Kreisform
der Winkelmeßscheibe 3 die alternierenden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen
Abschnitte der Neßskalen 4 und 5 je nach ihrem Abstand von der Rotationsachse für
die Winkelmeßscheibe 3 ungleich lang sind. Dank der Form des Glaskeiles wird es
möglich, das Verhältnis zwischen der Lichtweglänge für die Lichtstrahlen im Glaskeil
und damit ihrer Ablenkung einerseits und der Länge der
Abschnitte
an der Auftreffstelle der Lichtstrahlen auf die Maßskalen 4- und 5 andererseits
für den gesamten Lichtstrahlenweg konstant zu halten.
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Die Verwendung eines rotierenden Glaskeiles anstelle einer Verdrehung
einer der Linsen oder eines der Prismen im optischen System zwischen den beiden
Durchtrittsstellen der Lichtstrahlen durch die Winkelmeßscheibe bietet insofern
einen entscheidenden Vorteil, als die Bewegung des Glaskeiles für eine entsprechende
Winkeländerung im Ausgangssignal viel größer gemacht werden kann, ohne daß dazu
die Prismen oder Linsen bewegt werden müßten, die mit hoher Genauigkeit anzuordnen
sind.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Winkelmessers
besteht darin, daß die elektrische Auswerteschaltung hinsichtlich geänderter Systemparameter
während des Stillstandes der Winkelmeßscheibe korrigiert wird. Solche geänderten
Systemparameter können sich beispielsweise durch Änderungen der Temperatur ergeben
die sich auf bestimmte Glieder des Systems auswirken.
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Das erfindungsgemäß eingefügte optische Glied kann beispielsweise
so angeordnet werden, daß bei rotierender Winkelmeßscheibe die Normalen auf die
Flächen des optischen Gliedes, durch welche die Lichtstrahlen eintreten bzw. austreten,
in einer Ebene durch die Rotationsachse für die Winkelmeßscheibe liegen. Dann wird
das optische Glied bei stillstehender Winkelmeßscheibe in bestimmten Intervallen
von der oben erwähnten Ausgangslage aus hin und her gedreht. Diese Hinundherdrehung
erfolgt so, daß die durch das optische Glied hindurchgehenden Lichtstrahlen die
Neßskalen der Winkelueßscheibe in der Richtung überstreichen, in der sich dies Maßskalen
während der Botation der Winkelmeßscheibe bewegen.
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Die Bewegung des erfindungsgemäß eingefügten optischen Gliedes kann
auch von Hand erfolgen, indem dieses Glied beispielsweise von Hand um einen bestimmten
Winkel gegenüber seiner Ausgangslage verdreht wird.
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Die Auswirkung dieses Vorgangs kann beispielsweise darin bestehen,
daß insbesondere die Baustufen in der elektrischen Auswerteschaltung, die der Feinanalyse
beispielsweise eines Rotationswinkele dienen und analog unter Interpolation arbeiten,
auf den Wert Null eingestellt werden. Es ist häufig schwierig, solche Baustufen
unter direkter Einwirkung elektrisch auf Null zu etellen, da dies vielfach zum Auftreten
von Bezugsfehlern führt. Indem es dem optischen Glied wie bei dem oben beschriebenen
erfindungsgemäß ausgebildeten Winkelmesser ermöglicht wird, eine verdrehte Lage
einzunehmen, wird die Ausgangsstellung für das Meßsignal geändert, 80 daß es keines
weiteren Eingriffs in das System bedarf. Auf diese Weise läßt sich das erfindung
gemäß eingefügte optische Glied als Einstellglied verwenden.
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Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel für die Erfindung
besitzt die Winkelmeßscheibe Kreisform; es besteht jedoch kein Grund, der gegen
die Verwendung einer geradlinigen und eine lineare Bewegung ausführenden Winkelmeßscheibe
spräche, zumal die ohnehin nur dem Grenzfall einer Kreisscheibe mit dem Radius unendlich
entspräche. Das erfindungsgemäß singefügte optische Glied kann dann eine planparallele
Glasplatte sein, da dann die Muster auf den Meßskalen einander bis auf die Ausnahme
einer möglichen gegenseitigen Längsverschiebung genau gleich sind.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel mit kreisförmiger
Winkelmeßscheibe werden die Meßskalen von einem Teil der Winkelmeßscheibe auf einen
anderen Teil davon projiziert. Dies ist insofern vorteilhaft, da dadurch im Vergleich
zu einem nur einmaligen Lichtdurchgang durch die Winkelmeßscheibe eine doppelt so
große Auflösung für das modulierte Lichtsignal erzielt wird. Jedoch ist auch ein
solcher nur einmaliger Lichtdurchgang durch die Winkelmeßscheibe im Sinne der Erfindung
brauchbar, wobei dann das Licht zunächst durch einen mit einem Muster versehenen
feststehenden Schirm hindurchgeschickt wird und damit dieser Schirm auf die Maßskalen
auf der Winkelmeßscheibe abgebildet wird.
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Bei der oben erwähnten Ausführungsform mit einem feststehenden Schirm
wird das erfindungsgemäß eingefügte optische Glied zwischen diesem Schirm und der
Winkelmeßscheibe angeordnet, wobei dann die gleiche Wirkung erzielt wird, wie sie
oben in-Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben
ist.
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Die oben beschriebene Anordnung des optischen Gliedes in der Weise,
daß es sich um eine Rotationsachse verdrehen läßt, stellt eine einfache und praktische
ßealisierung6möglichkeit für die Erfindung dar.
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Jedoch ist es auch ohne weiteres möglich, das optische Glied eine
lineare Bewegung in einer Ebene ausführen zu lassen. Diese Ebene muß dann in etwa
parallel zur Ebene der Winkelmeßscheibe liegen, und die Bewegung des optischen Gliedes
erfolgt weiter längsseits der Meßskalen auf der Winkelmeßschibe0 Beim Updating der
elektrischen iuswerteschaltung während eines Stillstandes der Winkelmeßscheibe wird
das optische Glied mit kleiner Amplitude in seiner oben erwähnten Ebene hinundherbevegt,
wodurch sich eine Lbtastbewegung für die durch das optische Glied hindurchgehenden
Lichtstrahlen ergibt. Wird das optische Glied als Einstellglied verwendöt, so wird
es so laige verschoben, bis ein gewünschter Wert in der elektrischen Auswerteschaltung
erhalten wird.
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Patentansprüche: