DE2817096A1 - Geschwindigkeits-erfassungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische, auf Geschwindigkeit reagierende Anordnung.

Εξ sind bereits optische, auf Geschwindigkeit reagierende Vorrichtungen bekannt, bei denen das von einer sich bewegenden Oberfläche reflektierte Licht von einem Sensor empfangen v/ird, der ein elektrisches Ausgangssignal mit einem Frequenzanteil liefert, der in Bezug zur Geschwindigkeit der sich bewegenden Oberfläche steht. In vielen Fällen, wie beispielsweise für die Überprüfung der Notbremszeit industrieller Maschinen ist es, in Einklang mit der deutschen Patentanmeldung (unser Aktenzeichen M 3271), oft wünschenswert, festzustellen, ob eine Umkehrung in der Bewegungsrichtung auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb,eine optische, auf Geschwindigkeit ansprechende Anordnung zu schaffen, die in derartigen Fällen ein Signal erzeugen kann.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Überprüfung oder Überwachung der Geschwindigkeit einer sich bewegenden Oberfläche umfaßt eine Einrichtung, welche auf der sich bewegenden Oberfläche ein Muster liefert oder zur Bereitstellung dieses aus einer Folge von Formen bestehenden Musters vorgesehen ist; ein Detektor beobachtet diese Formenfolge durch eine Öffnung; dabei besitzt jede der Formen ein derart gewähltes Profil, daß das vom Detektor erzeugte Signal einen charakteristischen Verlauf besitzt, der von der Vorbeilaufrichtung des Musters abhängt, das sich an der Schlitzöffnung vorbeibewegt.

Vorzugsweise sind die Formen Dreiecke.

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Vorzugsweise sind die Dreiecke in einer Reihe angeordnet, wobei die Basis eines Dreiecks über der Spitze eines anderen liegt. Wiederum bevorzugt ist, daß bei jedem Dreieck in der Reihe die Spitze der Basis relativ zur Bewegungsrichtung des Musters voreilt.

Vorzugsweise sind zwei Detektoren und zwei Schlitzöffnungen zur Beobachtung der gleichen Reihe von Formen vorgesehen; dabei wird folgende Anordnung gewählt, daß ein Schlitz angenähert in der Mitte längs der Höhe (d.h. der Längsabmessung in Richtung der Bewegung) eines Dreiecks einen Teil des Dreiecks beobachtet, während der andere Schlitz gerade den Übergangsbereich zwischen diesem und dem nächstfolgenden Dreieck beobachtet.

Vorzugsweise wird das Ausgangssignal des Detektors oder jedes Detektors an eine Differenzierschaltung zur Erzeugung eines Gleichstroms angelegt, dessen Polarität von der Bewegungsrichtung des Musters abhängt.

Vorzugsweise wird dort, wo zwei Detektoren und zwei Schlitze vorgesehen sind, das Ausgangssignal jedes Detektors an eine zugeordnete Differenzierschaltung angelegt, deren Ausgangssignale über zugeordnete Gatter zu einer Kombinierschaltung geführt werden; dabei sind Schaltungseinrichtungen vorgesehen, um dasjenige Gatter leitfähig zu machen, das in den Ausgang desjenigen Diskriminators geschaltet ist, an den der Detektor angeschlossen ist, der für den Augenblick ein Ausgangssignal mit einer Wellenform liefert, die zwischen zwei Amplitudenpegeln ansteigt.

Vorzugsweise umfaßt die zuletzt erwähnte Schaltungseinrichtung eine bistabile Schaltung, die so angeschlossen ist, daß sie im einen Zustand eines der Gatter öffnen kann und das andere

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der Gatter in ihrem anderen Zustand öffnet; der Zustand der bistabilen Schaltung wird durch zwei Amplituden-Diskriminierschaltungen gesteuert, wobei an eine dieser Amplituden-Diskriminierschaltungen das Ausgangssignal des einen Detektors mit einem Teil des Ausgangssignals des anderen Detektors als Bezugswert angeschlossen, und an die andere dieser Amplituden-Diskriminierschaltungen das Ausgangssignal des anderen Detektors mit einem Teil des Ausgangssignals des einen Detektors als Bezugswert angeschlossen sind; auf diese Weise wird dann, wenn das Ausgangssignal des einen Detektors den vom anderen Detektor gelieferten Schwellwert überschreitet, das Gatter am Ausgang derjenigen Diskriminierschaltung, an die das Ausgangssignal des eine Detektors angelegt ist, leitfähig gemacht, und umgekehrt.

Vorzugsweise liegt in jedem Falle dieser Signal-Anteil in der Größenordnung von 50%.

Normalerweise sind die Ausgänge der Gatter an einen gemeinsamen Anschluß angeschlossen, dessen Polarität mit der Laufrichtung des Musters an den Schlitzöffnungen vorbei in Beziehung steht.

Das Master kann ein Blatt umfassen, das sich an der sich bewegenden Oberfläche beispielsweise magnetisch festigen läßt; zusätzlich zu der Formenreihe kann an die sich bewegende Oberfläche ein Gittermuster angebracht sein, um ein von dieser Oberfläche reflektiertes optisches Signal, das zur Erfassung der Geschwindigkeit der sich bewegenden Oberfläche verwendet wird, zu verstärken.

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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine sehr schematische Wiedergabe einer erfindungsgemäßen optischen Geschwindigkeitserfassungs-Vorrichtung;

Fig. 2 eine praktische Ausführungsform eines in der Anordnung nach Fig. 1 verwendeten gemusterten Blattes;

Fig. 3 ein der Erläuterung dienendes Diagramm; und Fig. 4 eine erläuternde graphische Darstellung.

Beim Bezugszeichen 1 ist in Fig. 1 ein beweglicher Teil einer Industriemaschine wie beispielsweise einer Presse dargestellt. Es besteht die Forderung, die Notbremszeit der Maschine, d. h. die zwischen der Einleitung einer Notausschaltung und demjenigen Augenblick, verstreichende Zeit, bei der das Element 1 zum Halten kommt, zu bestimmen. Zur Erfassung dieser Zeit und in Einklang mit dem Erfindungsgegenstand der deutschen Patentanmeldung unseres Aktenzeichens M 3271 wird ein optisches Geschwindigkeitserfassungsgerät, dargestellt beim Bezugszeichen 2, so angeordnet, daß es die Geschwindigkeit des Elements 1 erfassen kann; um das Signal/Rausch-Verhältnis im optischen Signal, das von dem optischen Geschwindigkeits-Erfassungsgerät empfangen wird, zu verstärken, wird ein Blatt 3 mit einem darauf angeordneten Gittermuster an der Oberfläche des Elements so befestigt, daß sich das Blatt 3 innerhalb des Beobachtungsfeldes des Sensors des Geräts 2 in Richtung des Pfeiles 4 während des Arbeitshubs der Maschine bewegt.

In Fig. 2 ist eine praktische Ausführungsform des Blattes 3 zu sehen, wobei das Gittermuster, auf das oben Bezug genommen

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wurde und gemäß der oben erwähnten Patentanmeldung ausgestattet ist, beim Bezugszeichen 5 gezeigt wird.

Aus Fig. 2 läßt sich erkennen, daß das Blatt 3 zusätzlich zu den Gittermarkierungen 5 ein Muster aus Dreiecken 6 enthält, die kontinuierlich verlaufen, wobei die Spitze eines Dreiecks von der Grundlinie des nächsten Dreiecks etwas überlappt wird. Das Blatt 3 enthält auch Linien 7, die sich entlang der Kanten des Blattes 3 erstrecken und deshalb vorgesehen sind, damit das optische System des Geräts 2 zur Erreichung eines gewünschten Verstärkungsfaktors eingestellt werden kann.

Im Rückblick auf Fig. 1 arbeitet die optische Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung 2 in Verbindung mit dem Gittermuster auf dem Blatt 3 so,, wie es in der deutschen Patentanmeldung mit unserem Aktenzeichen M 3271 beschrieben ist; damit erübrigt sich eine weitere Erläuterung.

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung eines weiteren Signals, das eine Anzeige der Richtung, in der sich das Blatt 3 bewegt, oder alternativ dazu eine Angabe der Zeit, bei der ein Richtungswechsel erfolgt, zu geben vermag. Im vorliegenden Anwendungsfall kann beispielsweise dann, wenn das Element 1 beim Zuruhekommen vibriert, eine Richtungsänderung auftreten. Für diesen Zweck ist deshalb das Muster 6 aus Dreiecken vorgesehen.

Das Dreiecksmuster des Blatts 3 wird so angeordnet, daß es von zwei Photodioden-Detektoren 8 und 9 (vom ersten durch einen Schlitz 10 und vom zweiten durch einen Schlitz 11) beobachtet werden kann. Die Schlitze 10 und 11 erstrecken sich quer zur Bewegungsrichtung 4 des Elements 1 und des Blattes 3.

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Das von jedem der Detektoren 8 und 9 empfangene Bild läßt sich am besten aus Fig. 3 erkennen. Hier werden die Dreiecke aus rückreflektierendem Material auf umgebenden mattschwarzen Hintergrund 12 beim Passieren der Schlitze 10 und 11 gezeigt, so daß jeder der Detektoren 8 und 9 ein Signal erzeugt, dessen Amplitude jeweils von der Beziehung eines Dreiecks zu einem Schlitz abhängt. Somit liefert der Detektor 8 für den in Fig. 3 gezeigten Fall über dem Schlitz 10 ein Signal, dessen Amplitude 3x so groß wie die des vom Detektor 9 erzeugten Signals ist, der das Dreieck durch seinen Schlitz 11 betrachtet.

Die Ausgangssignale der Detektoren 8 und 9 sind bei A bzw. B in Fig. 4 wiedergegeben.

Die Ausgangssignale der Detektoren 8 und 9 werden an entsprechende Amplitudenschwellwert-Diskriminatoren 13 und 14 angelegt. Der Bezugspegel für den Diskriminator 13 wird vom Ausgangssignal des Detektors 9 über eine Abtastschaltung 15 hergeleitet. Die Abtastschaltung 15 stellt 50% der momentanen Amplitude des Ausgangssignals B (Fig. 4) vom Detektor 9 bereit. Auf gleichartige Weise wird der Bezugswert für den Diskriminator 14 vom Ausgangssignal des Detektors 8 über eine Abtastschaltung 16 hergeleitet. Die Abtastschaltung 16 liefert als Bezugswert für den Diskriminator 14 50% der Ausgangswellenform A (Fig. 4) des Detektors 8.

Die Ausgangssignale der Diskriminatoren 13 und 14 werden an eine bistabile Schaltung 17 angelegt, so daß dann, wenn die Ausgangswellenform A des Detektors 8 den Schwellwert überschreitet, der durch die Wellenform B aufgebaut ist, die bistabile Schaltung 17 so geschaltet wird, daß sie ein Aus-

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gangssignal an ihrer Ausgangsleitung 18 liefert. Wenn die Ausgangswellenform B (Fig. 1) des Detektors 9 den von der Ausgangswellenform A (Fig. 1) des Detektors 8 bereitgestellten Schwellwert überschreitet, schaltet die bistabile Schaltung 17 so, daß sie ein Ausgangssignal an ihrer Ausgangsleitung 19 bereitstellt.

Der Ausgang des Detektors 8 ist auch mit einer Differenzierschaltung 20 verbunden, die an ihrem Ausgang die in Fig. 4 gezeigte Wellenform C erzeugt. Das Ausgangssignal des Detektors 9 ist an eine Differenzierschaltung 21 angelegt, die an ihrem Ausgang die in Fig. 4 zu sehende Wellenform D liefert. Der Ausgang der Differenzierschaltung 20 ist mit einem AND-Gatter 22 verbunden, dessen zweiter Eingang vom Ausgang 18 der bistabilen Schaltung 17 hergeleitet wird. Der Ausgang.der Differenzierschaltung 21 ist an einem Eingangsanschluß eines AND-Gatters

23 angeschlossen, von dem ein zweiter Eingang von der Ausgangsleitung 19 der bistabilen Schaltung 17 hergeleitet ist.

Die Ausgänge der AND-Gatter 22 und 23 verden über ein OR-Gatter

24 mit einem Anschluß 25 verbunden, auf dem ein Signal entsprechend der Wellenform E von Fig. 4 erscheint, während das Element 1 sich in Richtung des Pfeils 4 bewegt. Die Bereitstellung von zwei Schlitzen 10 und 11 und der zwei Detektoren 8 und 9 zusammmen mit schwellwertempfindlicher Einblendung führt dazu, daß die Schaltung immerzu auf den Mittelpunkt der Anstiegsflanke jeder Wellenform A oder B zwischen den Grenzen A^ und A- hinarbeitet, womit die "Totzeit" vermieden wird, welche bei der Verwendung eines einzigen Detektors mit einem einzigen Schlitz auftreten würde, wenn der Schlitz über den übergang von einem Dreieck zum. nächsten läuft, was den in den negativen Bereich gehenden Impulsen in den Wellenformen C und D nach Fig. 4

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entspricht.

Falls die Bewegung des Elements 1 aufhört, verschwindet das Signal am Anschluß 25; oder es ändert, wie es bei dem Bezugszeichen 26 in der Wellenform F von Fig. 4 zu sehen ist, die Polarität, wenn ein Richtungswechsel der Bewegung durchgemacht wird. Die Anzeige dafür, daß die Bewegung des Elements 1 aufgehört hat oder sich in der Richtung umgekehrt hat, kann, falls erwünscht, beispielsweise dafür verwendet werden, die Messungen, die von dem Gerät 2 ausgeführt werden, zu beenden.

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   Γ 1.JAnordnung zur Überprüfung oder Überwachung der Geschwindig-—keit einer sich bewegenden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (3) an der sich bewegenden Oberfläche (1) ein aus einer Folge von Formen bestehendes Muster (6) bildet oder vorsieht, und daß ein Detektor (8,9) durch eine Öffnung (10,11) die Folge von Formen erfaßt, von denen eine jede mit einem derartigen Profil ausgestattet ist, daß das vom Detektor (8,9) erzeugte Signal eine Kennlinie bzw. Charakteristik besitzt, die von der Vorbeilaufrichtung des Musters an der Öffnung (10,11) abhängt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen Dreiecke sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecke in einer Reihe derart angeordnet sind, daß die Basis von einem Dreieck die Spitze eines anderen überlappt, und daß vorzugsweise bei jedem Dreieck in der Reihe die Spitze der Basis relativ zur Bewegungsrichtung des Musters voreilt.

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   DR. C. MANITZ · D1PL.-INC. M. FINSTERWALD 8 MÖNCHEN 22. ROB E RT-KOCH-ST R ASSE 1 TEL. (089) 224211. TELEX OS - 29672 PATMF

   DIPL. -ING. W. GRAMKOW 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (0711)56 72 61

   ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

   OFUGiMAL INSPECTED
4. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beobachtung der gleichen Folge von Formen zwei Detektoren und zwei Schlitze so angeordnet sind, daß ein Schlitz angenähert in der Mitte längs der Höhe (d.h. der Längsabmessung in der Bewegungsrichtung) eines Dreiecks einen Teilbereich des Dreiecks erfaßt, während der andere Schlitz gerade den Übergangsbereich zwischen diesem und dem nächstfolgenden Dreieck beobachtet.
5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Detektors oder jedes Detektors an eine Differenzierschaltung angelegt ist, um einen Gleichstrom zu erzeugen, dessen Polarität von der Bewegungsrichtung des Musters abhängt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal jedes Detektors an eine zugeordnete Differenzierschaltung angelegt ist,deren Ausgangssignale über entsprechende Gatter zu einer Kombinierschaltung geführt werden, und daß eine Schaltungseinrichtung dasjenige Gatter leitfähig macht, das im Ausgang des Diskiminators liegt, an den derjenige Detektor angeschlossen ist, welcher vorläufig bzw. für den Augenblick eine Ausgangswellenform liefert, die zwischen zwei Amplitudenpegeln ansteigt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt erwähnte Schaltungseinrichtung eine bistabile Schaltung umfaßt, die so geschaltet ist, daß sie eines der Gatter im einen Zustand und in ihrem anderen Zustand das andere der Gatter öffnet, wobei der Zustand der bistabilen Schaltung von zwei Amplituden-Diskriminierschaltungen gesteuert wird,/daß an eine dieser Amplituden-Diskriminierschaltungen das Ausgangssignal von einem Detektor mit einem Anteil des Ausgangssignals des anderen De-

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   tektors als Referenzwert angeschlossen ist und an die andere der Amplituden-Diskriminierschaltungen das Ausgangssignal des anderen Detektors mit einem Anteil des Ausgangssignals des einen Detektors als Bezugswert angeschlossen ist, so daß dann, wenn das Ausgangssignal des einen Detektors den vom anderen Detektor gelieferten Schwellwert überschreitet, das Gatter am Ausgang derjenigen Diskriminierschaltung, an die das Ausgangssignal des einen Detektors angelegt ist, leitfähig gemacht wird, und umgekehrt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil in beiden Fällen in der Größenordnung von 50% liegt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch· gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Gatter normalerweise mit einem gemeinsamen Anschluß verbunden sind, der ein einzelnes Ausgangssignal liefert, dessen Polarität in Beziehung zur Vorbeilaufrichtung des an den Schlitzen vorbeibewegten Musters steht.
10. 10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein Blatt umfaßt, das sich an der bewegenden Oberfläche befestigen läßt.

    • ■
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Blatt an der sich bewegenden Oberfläche magnetisch anbringen läßt.
12. 12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze.ich.net, daß zusätzlich zu der Folge von Formen ein Gittermuster an der sich bewegenden Oberfläche angeordnet ist, um ein von der Oberfläche reflektiertes optisches

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    Signal zu verstärken und es zur Erfassung der Geschwindigkeit der sich bewegenden Oberfläche auszunützen.

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