DE2758854B1 - Vorrichtung zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines mit einem optischen Streifenmuster verbundenen Koerpers - Google Patents

Vorrichtung zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines mit einem optischen Streifenmuster verbundenen Koerpers

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art besteht das optische Streifenmuster aus einer langen, vielfach gewundenen, lichtdurchlässigen Spirale in der sonst lichtundurchlassigen Scheibe (DE-PS 11 77 353, F i g. 4). Die Ganghöhe der Spirale ist konstant und entspricht dem Streifenabstand der geraden, parallelen Streifen des Streifenmuster des nahe der Scheibe angeordneten Körpers. Um die beiden Streifenmuster zumindest in einem kleinen Sektorbereich der Scheibe in möglichst gute Deckung zu bringen, werden die Streifen des Streifenmusters auf dem Körper tangential zu den Streifen des Streifenmusters der Scheibe im Sektorbereich und somit im wesentlichen senkrecht zu einer Radialen der Scheibe durch den Sektorbereich angeordnet Von einer Oberdeckung der beiden Streifenmuster ausgehend erreicht man bei ruhendem Stab die nächste Oberdeckung nach einer Scheibenumdrehung. Die Frequenz des vom Detektor abgegebenen Meßsignals ist somit gleich der Rotationsfrequenz der Scheibe.
Dies ist von großem Nachteil für Schaltungen zur Auswertung des Meßsignals, bei denen die Genauigkeit des Ergebnisses zur Frequenz des Meßsignals im wesentlichen proportional ist wie zum Beispiel bei digital arbeitenden Schaltungen, die die Anzahl der WeUenzüge des Meßsignals und eines Referenzsignals vergleichen. Um eine gewünschte hohe Genauigkeit zu erreichen, müßte die Scheibe mit einer sehr hohen, technisch nur unter großem Aufwand realisierbaren Geschwindigkeit angetrieben werden.
Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung sind die Streifen des Streifenmusters der Scheibe radial angeordnet (DE-PS 1177353, Fig.2). Die geraden, paraBeten Streifen des Streifenmusters des nahe der Scheibe angeordneten Stabs verlaufen hier in dem, dem Detektor zugeordneten Abbildungsbereich parallel zu einer Radialen der Scheibe durch den Mittelpunkt dieses Abbüdungsbereiches. Hierbei ist die Frequenz des Meßsignals ein Vielfaches der Frequenz der Scheibe, entsprechend der Anzahl der radialen Streifen und damh ausreichend hoch für die im Vorangehenden angsprochee Schaltungen zur Auswertung des Meßsignals. Nachteilig ist hier jedoch, daß die Uberdeckung der Streifen der beiden Streifenmustei
nur unvollständig gelingt, da die vom Mittelpunkt des Abbildungsbereichs entfernteren radialen Streifen einen mit der Entfernung zunehmenden Winkel mit den parallen Streifen des Streifenmusters des Stabs bilden. Man erhält daher bei einem für ein ausreichend großes Meßsignal ausreichend groß bemessenen Abbildungsbereich ein Meßsignal mit hohem Störsignalanteil.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das die Helligkeitsschwankungen des Abbildungsbereiches wiedergebenden Meßsignal eine zur weiteren Verarbeitung des Signals ausreichende Größe und Frequenz bei niedrigem Störsignalanteil aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Streifen des Streifenmusters der rotierenden Scheibe in Form von Kreis-Evolventen angeordnet sind, die von einem im Drehpunkt der Scheibe zentrierten Grundkreis ausgehen und daß in der Abbildung des einen Streifenmusters auf dem anderen Streifenmuster die Streifen des mit dem Körper verbundenene Streifenmusters im wesentlichen senkrecht zu einer durch die Strecke dieser Streifen gehenden Tangente an den Grundkreis der Streifen des Streifenmusters der Scheibe angeordnet sind.
Die gestellte Aufgabe wird deshalb gelöst, weil die kreisevolventenförmigen Streifen des Streifenmusters der Scheibe im Abbildungsbereich einen gleichen Krümmungsmittelpunkt besitzen (Berührpunkt der Tangente am Grundkreis) und daher von parallel zueinander angeordneten Streifen des Streifenmusters ju des Körpers in eine fast vollständig überlappende Abdeckung gebracht werden können. Auf der Scheibe kann ein Streifenmuster mit einer Vielzahl von evolventenförmigen Streifen angebracht werden. Dieser Anzahl entsprechend ist die Frequenz des r, Meßsignals höher als die Frequenz der Scheibe.
Günstig ist es, den Abbildungsbereich so zu legen, daß die Länge der Tangente zwischen Grundkreis und den Streifen der Streifenmuster in der Abbildung groß ist, im Vergleich zur Länge der Streifen der Streifenmuster in der Abbildung. Dadurch erreicht man, daß aufgrund der geringen relativen Krümmungsradiusänderung zwischen den evolventenförmigen Streifen im Abbildungsbereich die Form dieser Streifen nahezu gleich ist und diese Streifen mit dem Streifen des Musters am Körper in sehr gute Überdeckung gebracht werden können. Letztere Streifen können hierbei entweder als nebeneinander gleich orientiert angeordnete, leicht gekrümmte Streifen ausgebildet sein mit einem Krümmungsradius, der einem mittleren Krümmungsradius der evolventenförmigen Streifen der Scheibe entspricht oder als gerade, parallele Streifen. Letztere Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen.
Die Streifenmuster können aus abwechselnd lichtdurchlässigen und -undurchlässigen oder abwechselnd reflektierenden und absorbierenden Streifen gebildet sein. Durch geeignete Kombination von lichtdurchlässigen bzw. lichtreflektierenden Streifenmustern läßt sich eine an die jeweilige Versuchsbedingung optimal angepaßte Vorrichtung aufbauen. Für ein am Körper bo angebrachtes Muster ist beispielsweise ein lichtreflektierendes Streifenmuster günstig. Die restlichen Bauteile der Vorrichtung können in ein vom Körper entferntes Gehäuse eingebaut sein. Dies ist von Bedeutung in Räumen, in denen ungünstige Bedingungen für Meßge- b5 rate herrschen (Schmutz, Kühl- und Schmiermittel bei Werkzeugmaschinen, bei denen Verschiebungen gemessen werden sollen).
Das vom Abbildungsbereich abgegebene Licht erhält dann gleich lange Hell- und Dunkelphasen, wenn die Streifen beider Streifenmuster in der Abbildung gleich breit sind. Das vom Detektor abgegebene Meßsignal eignet sich besonders gut für die Auswertung durch die Schaltung.
Wird der Körper in Bewegung gesetzt, und damit eines der beiden Streifenmuster, also beispielsweise das des Körpers, so ändert sich das Meßsignal in Phase und Frequenz gegenüber dem Meßsignal bei ruhendem Körper. Die Frequenzänderung ist dabei der Geschwindigkeit des Körpers, die Phasenverschiebung der vom Körper zurückgelegten Strecke proportional. Zur Ermittlung der von der Bewegung des Körpers herrührenden Änderungen des Meßsignals wird dieses mit einem Referenzsignal verglichen. Man kann dadurch einen Referenzsignalgeber erhalten, indem man eine Abtasteinrichtung zur Abtastung eines optischen Referenzmusters der Scheibe mittels eines Detektors verwendet. Dies hat den Vorteil, daß sich eventuelle Drehzahlschwankungen der Scheibe in gleicher Weise auf das Meßsignal wie das Referenzsignal auswirken und bei geeigneter Auswertung durch die Schaltung, das Meßergebnis nicht beeinflussen. Diese Lösung bietet den zusätzlichen Vorteil, daß Rundlauffehler der Lagerung der Scheibe keine Meßfehler verursachen, da der das Meßsignal abgebende Detektor und die das Referenzsignal abgebende Abtasteinrichtung in Meßrichtung genau fluchtend angeordnet werden können.
Es erübrigt sich ein eigenes Referenzmuster, wenn das Streifenmuster der Scheibe als das Referenzmuster ausgebildet ist
Ist es jedoch erwünscht, ein Referenzsignal möglichst hoher Frequenz zu erhalten, so ist es günstiger, das Referenzmuster als Streifenmuster mit radial verlaufenden Streifen auszubilden, da ein eigens hergestelltes Referenzmuster dichter als das für die Abbildung eines Streifenmuster bestimmte kreisevolventenförmige Streifenmuster der Scheibe belegt werden kann und radial verlaufende Streifen besonders einfach herzustellen sind.
Bei mit konstanter Geschwindigkeit angetriebener Scheibe kann auf die Abtasteinrichtung verzichtet werden, wenn das Referenzsignal von einem Funktionsgenerator, insbesondere einem quarzstabilisierten Multivibrator, abgegeben ist
Die Auswerteschaltung kann so ausgeführt sein, daß sie einen Vorwärts-Rückwärtszähler zur Bildung eines die Verschiebung des Körpers darstellenden Signals umfaßt und daß der Vorwärts-Rückwärtszähler die aus dem Meßsignal und dem Referenzsignal abgeleiteten Signale addiert bzw. subtrahiert. Diese Schaltung läßt sich einfach aufbauen und liefert ein die Verschiebung des Körpers darstellendes, digitales Signal, welches sich gut zur Weiterverarbeitung in Datenverarbeitungsanlagen, beispielsweise Werkzeugmaschinensteuerungen, eignet.
Die Genauigkeit der Messung wird erhöht, wenn man dem Vorwärts-Rückwärtszähler aus dem Meßsignal und dem Referenzsignal abgeleitete Signale mit sehr hoher Frequenz zuführt Dies wird dadurch erreicht, daß die Schaltung mindestens einen Unterteiler umfaßt, der ein Ausgangssignal mit einer — bezogen auf sein Eingangssignal — um einen vorgegebenen Faktor größeren Frequenz abgibt.
Die Scheibe kann auch anstatt mit konstanter Geschwindigkeit mit einer derart geregelten Geschwindigkeit angetrieben sein, daß das Meßsignal konstant ist
^i «ι
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung im Schnitt des mechanisch-optischen Aufbaus der Vorrichtung nun Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines mit einem optischen Streifenmuster verbundenen Körpers, ,. ;,
F i g. 2 eine Ansicht entlang der linie II—II der F i g. 1 unter Weglassung von Gehäuse und Beleuchtungseinrichtungsteilen mit einer ersten Ausführungsform der Scheibe,
F ig. 3 eine zweite Ausführungsform der Scheibe,
Fig.4 einen Teilausschnitt aus den Schemen nach Fig.2oderFig.3, «5
Fig.5 eine erste Ausführungsform einer Schaltung zur Auswertung eines Referenzsignals und eines Meßsignals und
Fig.6 eine zweite Ausführungsform einer solchen. Schaltung.
In Fig. 1 ist ein mit einem Streifenmuster 10 aus abwechselnd reflektierenden und lichtabsorbierenden Streifen U versehener Stab 12 gezeigt, der mit einem Körper 14 verbunden ist, dessen Bewegung relativ zu einer Bezugsflache 16 gemessen werden soB. Hierzu ist im Abstand zu diesem Stab 12 ein Gehäuse 18 auf der Bezugsflache 16 aufgestellt, welches fur die Messung notwendige Baukomponenten staubdicht und bis auf eine MeBöffnung 20 lichtdicht abschließt und diese Baukomponenten vor einer mechanischen Besehtdigung schützt Innerhalb des Gehäuses 18 rotiert eine von einem Motor 22 Ober eine Kupplung 24 angetriebene Scheibe 26, die in einem Kugel- oder Wälzlager 28 spielfrei gelagert ist Innerhalb des. Gehäuses 18 ist eine erste Lichtquelle 30, insbesondere eine Halbleiterlichtquelle angeordnet, die mittete eines halbdurchlassigen Spiegels 52 und eines Systems von Linsen ein Bild 40 des Streifenmusters 10 des Stabs 12 auf der Scheibe 26 erzeugt Hierzu wird die lichtquelle 30 über eine Kondensoriinse 34 und den halbdurchlässigen Spiegel 32 in eine linse 36 abgebildet Die linse 36 befindet sich im Brennpunkt einer Fekffinse 38 in der MeBöffnung 20, die die Lichtquelle 30 ins Unendfiche abbildet und daher das Streifenmuster 10 gteichmlBig ausleuchtet Die Anordnung der linse 36 und der « Feldlinse 38 ist so getroffen, daB die Streifen 11 scharf auf die Scheibe 26 abgebildet sind. Sie bilden hier die Streifen 11 der Abbildung 40. Da die Scheme 26 ein im folgenden noch zu behandelndes Streifenmuster 42 aus abwechselnd lichtdurchlässigen und Bchtundc so gen Streifen 44 besitzt, kann durch die mit dem BOd 40 '" des Streifenmusters 10 des Stabs 12 beleuchtete Scheibe 26 licht hindurchtreten und von einem EcpfnxBichen Detektor 46 gemessen werden. Da die Scheme 26
Scheibe 26 abfastet Hierzu wird das Referenzmuster 52 von einer zweiten Lichtquelle 54 Ober eine Kondensor-Hrae » beleuchtet Zwischen Lichtquelle 54 und Detektor Ä et «ine Blende 58 angeordnet die entweder eine einzige Blendenöffnung in der Breite von Streifen 60'des fteferenzmesters 52 besitzt, oder die ein dem
rotiert, erhilt man auch bd ruhendem Körper 14 ein Meßsignal Λ mit wechselnder Amplitude entsprechend der wechselnden gegenseitigen Abdeckung der beiden Streifenmuster 40 und 42. In Fig.2 sieht man die Scheibe 26 von der Sehe des Detektors 46 aus. Die auf die andere Sehe der Scheibe 26 projtzierte Abbildung 40 «0 des Streifenmusters 10 des Stabs t2 ist mit einer gestrichelten Umfangsume 48 angedeutet Das aus dem von dieser Umfangslinie 48 umschlossenen Bereich kommende licht wird vom Detektor 46 aufgefangen. Zur Bildung eines von der Bewegung des Körpers 14 « unabhängigen Referenzsignals h ist baiter der Scheibe 26 ein zweiter Detektor 50 angebracht, der ein gleichmäßig beleuchtetes Referenzmuster 52 der Referenzmuster 52 entsprechendes Streifenmuster 62 aufweist Ih Fi g. 2 ist die Blende 58 sowie der durch das Streifenmuster 62 der Blende hindurch beleuchtete Bereich deiReferenzmüsters 52 gezeigt Dieser Bereich istdurch dSestrich1ierteUmfangs«nie64 angedeutet
Pas ier fO des Stabes 12 ist aus hocheereeund lichbsrbierenden Streifen 11 gleicher Breite von beispielsweise 04 mm, d. h. einer Pendde von 1 mm zusammengesetzt Ein rechteckiges, beispielsweisen χ 25 mm groBes Feld des Streifenmusters 10 wird als Abbildung 40 auf der Scheme 26 abgebuoet m dee von der Umfangslinie 48 begrenzten Bereich. Entsprechend dem im beschriebenen Beispiel gewannen AbbikhingsmaBstab der linsenanordnung «is linse 36 und Feldlinse 20 von 1:5,5 hat die Abbildung 40 eine Lange /von 4,5 mm und eine Breite b von 2mm. In Fig.4 sind einige der abgebildeten Streifen 1Γ des Streifenmusters 10 in der Abbildung 40 punktiert angedeutet Deren Periode t ist 0,18 nun. Die Streifen 11' sind auf die evolventenförmigen Streifen 44 des eisters 42 der Scheme 26 projiziert Dies ist in Fig.4 dargestellt jedoch mh übertrieben groBer ng der Streifen 44 zur Verdeutlichung der Zeichnung. Der Krümmungsradius 0 der Streifen 44 ergmt sich aus der Lage der Abb. 40 auf der Scheibe 2& Fig.3 zeigt eine Scheue 27, bei der das Streifenmuster 42 auch als Referenzmuster dient, was durch dk Umfangsttnie 64 innerhalb des evolventenförmigen Streffenmusters 42 angedeutet ist Entsprechend Fig.1 und 2 tastet der Detektor SO den durch diese Umfangslinie 64 begrenzten Bereich der Scheibe 26 ab.
Die Streifen 42 folgen Evolventen, die die Bahnkurven der Enden unterschiedlich langer Fiden bei Abwicklung von einem Grundkreis 68 beschreiben. Der Krihnmungsraditts oemes Evolventenpunktes, beispielsweise innerhaB> der Umfangslinie 48 (siehe Fig.3) ist daher die Lange der Tangente 72 an den Grundkreis 68, zwischen Evolventenpunkt und Grundkreis 68. Der Grundkreis 68 ist im Drehpunkt 70 der Scheibe 27 ner Die Sirenen 44 sind geringfügig mit einer WoftungsnUlte h gewölbt, welche klein sein muß gegenfiberder Periode t
Dies wird dadurch erreicht, daB der Krümmungsradius 0 groß gegenüber der Breite b gewihh wird.
-·'.-'-■-■■ : ■" · Ll
Entsprechend der Beziehung * - |- erhalt man bei
einem Krümmungsradius 0 von beispielsweise 25 mm und einer Breite b von 2mm eine WöBwngshöhe A von 0,02 mm. ··-·*:-'·
Da die Tangente 72 glekhzehig Radiale für die Streifen 44 fet, werden die Streifen 11 des Streifenmusters 10 SO in die Abb. 40 projiziert daß sie senkrecht auf der Tangente 72 stehen. Sie sind dann gleich orientiert wie die Streifen 44 und geben eine scharfe Abdeckung der beiden Muster 4· und 42
Die von den Detektoren 46 und 50 erzeugten Signale It«ad §t werden einer Schalung 74 zugeführt (Fig. \\ die ein die Verschiebung des Körpers 14 darstellendes Bezugssignal "f erzeugt Dieses Signal kann emer Atttetgevmricatung oder einer Steuerung, beispielsweise einer Wetkeeugmaschinensteuerung, zugeführt werden fm Fig.1 nicht dargesteit). In den F ig. 5 und 6 sind
zwei Ausführungsformen 76 und 78 der Auswerteschaltung 74 gezeigt. Beiden Ausführungsformen 76 und 78 gemeinsam ist ein Vorwärts-Rückwärtszähler 80, der aus dem Signal f\ abgeleitete Rechteckimpulse addiert und davon aus dem Signal h gewonnene Rechteckimpulse subtrahiert. Um die Genauigkeit dieses Ergebnisses zu verbessern, haben diese Rechteckimpulse jeweils eine um einen vorgegebenen Faktor größere Frequenz als die Signale /i und Z2.
Diese Rechteckimpulse hoher Frequenz erhält man in der ersten Ausführungsform 76 in folgender Weise. Das Signal f\ wird einem Wechselspannungsverstärkers 82 und daran anschließend einer Schmitt-Triggerstufe 84 zugeführt, die die in F i g. 5 dargestellten sinusförmigen bzw. rechteckimpulsförmigen Signale der gleichen Frequenz wie /j erzeugen.
Gleichzeitig erzeugt ein spannungsgesteuerter Multivibrator 86 (VCO) ein Rechtecksignal mit einer Frequenz 1000 χ f\. Dieses Signal wird durch einen Teiler 88 in ein Rechtecksignal der Frequenz f\ umgewandelt. Ein Multiplikator 90 bildet das Produkt aus f\ und f\ und führt dies einem Tiefpaßfilter 92 zu, der daraus ein Gleichstromsignal erzeugt. Dieses Gleichstromsignal ist von Null verschieden, falls f\ und f2 nicht identisch mit gleicher Phasenlage sind und regelt den spannungsgesteuerten Multivibrator 86 in der Weise, daß jegliche Phasenabweichung zwischen den Signalen f\ und f\ verschwindet. Es steht dann am Ausgang des Multivibrators 86 ein Signal mit einer Frequenz 1000 χ f\ zur Verfügung.
In gleicher Weise kann aus dem Signal h ein Signal mit der Frequenz 1000 χ /2 gewonnen werden. Wird ein Referenzmuster mit einer Streifenanzahl verwendet, die sich von der des evolventenförmigen Streifenmusters 42 unterscheidet, so muß aus der Frequenz /2 eine zweite Frequenz /io gewonnen werden, die bei ruhendem Körper 14 mit der Frequenz /Ί identisch ist. In diesem Falle wird ein Teiler 89 verwendet, der den Ausdruck
_L_ A
1000 /10
bildet. Die restlichen zur Bildung des Signals 1000 χ /io aus dem Signal h notwendigen Komponenten sind die gleichen wie die bereits besprochenen für die Auswertung des Signals /i und daher mit denselben Bezugsziffern, jedoch gestrichen gekennzeichnet.
Durch die beschriebene Ausführungsform 46 der Schaltung 74 wird eine Unterteilung um den Faktor Tausend erreicht, d. h. eine Unterteilung des Streifenmusters 10 mit einer Periode von 1 mm auf eine Periode von 0,001 mm. Andere Unterteilungsfaktoren sind bei sinngemäßer Anwendung des beschriebenen Prinzips möglich.
Ist die Rotationsfrequenz der Scheibe 26, 27 für die angestrebte Genauigkeit einer Messung ausreichend konstant, so kann man das Referenzsignal statt vom Detektor 50 als Signal /2 von einem Multivibrator 92 mit der Frequenz 1000 /io abnehmen, und dem Vorwärts-Rückwärtszähler 80 zuführen, wie in Fig.5 mit unterbrochenen Linien gezeigt.
Die Frequenz des nicht konstant gehaltenen Signals /ι, h sollte möglichst hoch sein, damit die Anforderungen an den Tiefpaßfilter 92 bzw. 92' der jeweiligen Unterteilerschaltung 86,88, 90,92 bzw. 86', 88', 90', 92' gering gehalten werden können. Da das Referenzmuster als am Außenrand der Scheibe liegendes radiales Streifenmuster 52 mit sehr hoher Streifenanzahl gefertigt werden kann, ist es von Vorteil, die Frequenz -, der Scheibe 26,27 derart zu regeln, daß das Meßsignal /Ί konstant ist und das Referenzsignal h entsprechend der Bewegung des Körpers 14 variiert. Die Unterteilerschaltung 86,88,90,92 für die niedrige Frequenz f\ kann daher entfallen und das konstante Signal f\ von einem Multivibrator abgeleitet werden. Der Tiefpaßfilter 92' für die hohe Frequenz /2 kann einfach aufgebaut sein.
Die Schaltungsanordnung zur Realisierung dieses Meßprinzips ist in F i g. 6 als zweite Ausführungsform 78 gezeigt Der Motor 22 wird hierbei so geregelt, daß das vom Detektor 46 abgegebene Meßsignal f\ gleich einem vorgegebenen konstanten Signal /i' wird. Dieses konstante Signal f\ wird aus einem Multivibrator 94 abgeleitet, der ein Signal 1000 /Γ abgibt Aus dem Signal 1000 f\ wird mit Hilfe zweier Unterteiler 96 und 98 das Signal f\ gebildet und einem Multiplikator 100 zugeführt Gleichzeitig wird dem Multiplikator 100 das von einem Verstärker 102 und einer nachgeschalteten Schmitt-Triggerstufe 104 umgeformte Signal f\ zugeführt Das durch einen Tiefpaßfilter 106 geführte Ausgangssignal des Multiplikators 100 regelt einen spannungsgesteuerten Multivibrator 108, der über einen Verstärker UO den Motor 22 der Scheibe 26, 27 antreibt Der Motor 22 ist dabei so geregelt, daß die Abweichungen zwischen Signal /j und f\ verschwinden. ω Das Signal 100/Γ (oder gegebenenfalls 1000/1' entsprechend Fig.5) wird dem Vorwärts-Rückwärtszähler 80 zugeführt
Das Signal Z2 kann durch eine der F i g. 5 entsprechende, stark unterteilende Schaltungsanordnung geführt werden. Falls geringere Genauigkeit ausreichend ist, kann das Signal h geringer unterteilt werden. In F i g. 6 ist ein als einfaches Netzwerk ausgebildeter, zwanzigfach unterteilender Teiler 112 gezeigt Ihm wird das von einem Verstärker 114 verstärkte Signal /2 zugeführt. Hierbei ist ein drittes, zum Signal Z2 um 90° phasenverschobenes Signal Z3 erforderlich, das von einem ebenfalls das Referenzmuster 52 abtastenden Detektor 51 abgegeben ist und das von einem Verstärker 116 verstärkt wird (unterbrochene Linie in F i g. 6). Das Ausgangssignal 20 · /2 des Teilers 112 wird dem Vorwärts-Rückwärtszähler 80 zugeführt.
Zur Messung großer Verschiebungen des Körpers 14 wird ein aus mehreren Teilstücken von beispielsweise je 250 mm Länge zusammengesetzter Stab 12 verwendet. Die Herstellung einzelner Teilstücke ist billiger als die Herstellung eines ganzen Stabes 12. Für die Herstellung ist es auch günstig, daß die Periode des Streifenmusters 10 mit 1 mm relativ groß ist. Sind größere Genauigkeiten erforderlich, so verwendet man einen durchgehenden, präzise gefertigten Stab 12. Während im Vorangegangenen durch Auswertung der von den Detektoren 46,50 abgegebene Signale /i und /2 die Verschiebung des Körpers 14 ermittelt wurde, kann durch Vergleich der Frequenzen von f\ und Z2 auch die momentane bo Geschwindigkeit des Körpers 14 ermittelt werden. Die im Vorangegangenen beschriebene Vorrichtung ist kostengünstig herzustellen, ist einfach im Aufbau und ermöglicht eine zuverlässige, genaue Messung der Bewegung des Körpers 14.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
809 585/503

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines mit einem optischen Streifenmuster verbundenen Körpers gegenüber der Drehachse einer rotierenden Scheibe, die ein optisches Streifenmuster mit spiralenformigen Streifen trägt und von einer Lichtquelle ausgehendes Licht moduliert; mit im wesentlichen senkrecht zur Verschiebungsrichtung verlaufenden Streifen des mit dem Körper verbundenen Streffenmusters, einer optischen Anordnung zum Abbilden eines der beiden Streifenmuster auf das andere, welch letzterem ein fotoelektrischer Wandler zur Meßsignalerzeugung nachgeordnet ist und mit einem die Roution der Scheibe charakterisierenden Referenzsignalgeber, der gemeinsam mit dem fotoelektrischen Wandler eine Auswerteschaltung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (44) des Streifenmusters (42) der rotierenden Scheibe (26, 27) in Form von Kreis-Evolventen angeordnet sind, die von einem im Drehpunkt (70) der Scheibe (26, 27) zentrierten Grundkreis (68) ausgehen und daß in der Abbildung (40) des einen Streifenmusters (10) auf dem anderen Streifenmuster (42) die Streifen (U') des mit dem Körper (14) verbundenen Streifenmusters (10) fan wesentlichen senkrecht zu einer durch die Strecke dieser Streifen (If) gehenden Tangente (72) an den Grundkreis (68) der Streifen (44) des Streifenmusters (42) der Scheibe (26,27) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lange (q) der Tangente (72) zwischen Grundkreis (68) und den Streifen (H', 44) der Streifenmuster (10,42) in der Abbildung (40) so groß ist, im Vergleich zur Länge (b)der Streifen (H', 44) der Streifenmuster (10,42) in der Abbildung (40).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenmuster (10,42) aus abwechselnd lichtdurchlässigen und -undurchlässigen oder abwechselnd reflektierenden und absorbierenden Streifen (H, 44) gebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (H', 44) beider Streif enmuster (10,42) in der Abbildung (40) gleich breit sind
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzsignalgeber eine Abtasteinrichtung (SO, 54,56, 58,62) zur Abtastung eines optischen Referenzmu- so sters (42,52) der Scheibe (26) mittels eines Detektors (50) umfaßt
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Streifenmuster (42) der Scheibe (26) ab das Referenzmuster ausgebildet ist
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzmuster ab Streifenmuster (52) mit radial verlaufenden Streifen (60) ausgebildet ist
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß bei mit konstanter Drehgeschwindigkeit angetriebener Schefte (26,27) das Referenzsignal (ft) von einem Funktionsgenerator erzeugbar ist
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- es zeichnet daß der Funktionsgenerator ein quarzstabilisierter Multivibrator (92) ist
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (74; 76, 78) einen Vorwärts-Rückw&rtszähler (80) zur Bildung eines die Verschiebung des Körpers (14) darstellenden Signals (g) umfaßt und daß der Vorwärts-Rückwärtszähler (80) die aus dem Meßsignal (f\) und dem Referenzsignal (ft) abgeleiteten Signale (1000Z1, 1000 Zi0; 100/1, 2Of2) addiert bzw. subtrahiert
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteschaltung (74; 76, 78) mindestens einen Unterteiler (86,88,90,92; 86', 8B\ 90V89; 112) umfaßt, der ein Ausgangssignal mit einer — bezogen auf sein Eingangssignal — um einen vorgegebenen Faktor größeren Frequenz abgibt
IZ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, 10,11, dadurch gekennzeichnet daß die Scheibe (26, 27) mit einer derart geregelten Geschwindigkeit angetrieben ist daß das Meßsignal (f\) konstant ist
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