DE3932044A1

DE3932044A1 - High precision angle measuring appts. - has freely-swinging pendulum disc coupled to potentiometer supplying display via A=D converter

Info

Publication number: DE3932044A1
Application number: DE19893932044
Authority: DE
Inventors: Joerg Schoelkopf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1991-04-04

Abstract

The measurement value pick-up is in the form of a potentiometer coupled to the pendulum. The digital indication is supplied via an a-d converter. Another potentiometer is used for the zero setting. The pendulum is in the form of a circular disc (3) with a cut (4). The axis (7) of the pendulum passes through the potentiometer (5). A spring-loaded brake (8) is assigned to the disc (3). The brake is connected to a pulse generator (6). The brake can be regularly lifted from the disc (3) or its edge and impact the disc under force of the spring. The brake is pref. in the form of a plate pressed against the disc (3) and lifted pulse-wise by a magnetic coil (2). ADVANTAGE - Higher accuracy. Zero setting of pendulum attained within seconds. Improved vertical alignment. Measuring range approaches 360 deg.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochpräzisions-Winkel meßgerät, wie es beispielsweise in der DE-PS 36 36 420 be schrieben ist.The present invention relates to a high precision angle measuring device, as for example in DE-PS 36 36 420 be is written.

Derartige Geräte messen von einer Bezugslinie aus die ins besondere eine der Gehäusekanten des Gerätes sein kann, mit Hilfe eines Pendels die Neigung einer zu bestimmenden Ebene.Such devices measure the ins from a reference line special one of the housing edges of the device can be with With the help of a pendulum the inclination of a plane to be determined.

Die Pendelachse ist dazu vorzugsweise in einem Potentiometer als Meßwertaufnehmer gelagert, dessen Signal einem Analog- Digital-Wandler zugeführt wird, um eine digitale Anzeige über den gemessenen Winkel zu erhalten. In der oben genannten Literaturstelle ist ein solches Gerät näher beschrieben. Nachteilig an solchen Geräten ist einmal die relativ lange Zeitdauer, die zum Ausschwingen des Pendels benötigt wird, diese kann bis zu 40 Sekunden betragen. Weiterhin ist durch den Reibungswiderstand des Pendellagers eine exakte lotrechte Ausrichtung des Pendels durch die Schwerkraft nicht in aus reichendem Maße gewährleistet, da die Reibungskräfte das Pendel vor dem Erreichen der Senkrechten um Werte festhalten, die mehrere Winkelsekunden betragen können. Letztlich ist ein Meßbereich von 360° nicht erreichbar, da die Pendel bei Winkeln nahe 180° an Gehäuseteilen anliegen.The pendulum axis is preferably in a potentiometer stored as a transducer, the signal of an analog Digital converter is fed to a digital display via to get the measured angle. In the above Such a device is described in more detail in the literature. A disadvantage of such devices is the relatively long time Time required to swing the pendulum out, this can be up to 40 seconds. Furthermore, the The frictional resistance of the self-aligning bearing is an exact vertical Alignment of the pendulum by gravity not in out sufficient dimensions, because the friction forces the pendulum Before reaching the vertical, hold on to values that can be several arc seconds. Ultimately is one Measuring range of 360 ° cannot be reached because the pendulums are at angles lie close to 180 ° on housing parts.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Hochpräzisions-Winkelmeßgerät zu schaffen, das diese Nachteile nicht aufweist, d. h. dessen Meßgenauigkeit ver bessert ist, mit dem insbesondere eine auf wenige Sekunden beschränkte Nullstellung des Pendels erreicht werden kann, dessen exakte lotrechte Ausrichtung verbessert ist und das einen Meßbereich von nahezu 360° zuläßt. The present invention therefore has the task of to create a high precision angle measuring device that this Does not have disadvantages, d. H. whose measuring accuracy ver is improved, in particular one to a few seconds limited zero position of the pendulum can be achieved whose exact vertical alignment is improved and that allows a measuring range of almost 360 °.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Winkelmeßgerät mit einem frei schwingbaren Pendel, mit dem als Meßwertgeber ein Potentiometer verbunden ist, das eine durch einen Analog- Digital-Wandler erzeugte Digitalanzeige aufweist und ein Nullstellungspotentiometer besitzt, bei dem erfindungsgemäß das Pendel aus einer kreisrunden Scheibe besteht, an dem peripher ein Gewicht angeordnet ist, wobei die Scheibenachse in das Potentiometer hineinragt beziehungsweise dieses betätigt und der Scheibe eine federbelastete Bremse zugeordnet ist, die mit einem Taktgenerator verbunden ist, wobei die Bremse taktweise von der Scheibe oder dem Scheibenrand abhebbar ist und unter Federwirkung auf die Scheibe schlägt.This problem is solved with an angle measuring device a freely oscillating pendulum, with which as a sensor Potentiometer is connected, the one through an analog Has digital converter generated digital display and a Has zeroing potentiometer, in which according to the invention Pendulum consists of a circular disc on the peripheral a weight is arranged, the disc axis in the Potentiometer protrudes or actuates it and the disc is assigned a spring-loaded brake, which with a clock generator is connected, the brake cyclically can be lifted off the disc or the edge of the disc and under Spring action strikes the disc.

Auf diese Weise lassen sich Nullstellungszeiten von wenigen Sekunden erreichen.In this way, zero times can be set by just a few Reach seconds.

Darüber hinaus werden gleichzeitig durch das Freigeben der Bremse periodisch Impulse auf das Lager der Pendelwelle aus geübt, was überraschenderweise zu einer erheblich verbesserten Ausrichtung des Pendels in der Lotrechten und zu einer höheren Meßgenauigkeit führt. In besonders einfacher Weise besteht die Bremse aus einer Lasche, mit relativ niedriger Masse die durch eine Feder gegen die Scheibe gedrückt wird mittels einer Magnetspule taktweise abgehoben wird. Nach dem Unterbrechen des Spulenstromes wird die Lasche wieder freigegeben und durch die Feder gegen die Scheibe geschlagen.In addition, by releasing the Periodically brake impulses on the bearing of the pendulum shaft practiced, which surprisingly improved significantly Alignment of the pendulum in the vertical and to a higher one Accuracy leads. This is particularly easy Brake from a tab, with a relatively low mass a spring is pressed against the disc by means of a Magnetic coil is lifted off in cycles. After interrupting the The coil current is released again and by the Spring struck against the disc.

Die Scheibe besteht aus einem leichten Material, vorzugsweise aus Kunststoff und ist frei um 360° drehbar.The disc is made of a light material, preferably made of plastic and can be freely rotated through 360 °.

Besonders bewährt hat sich zur Optimierung der Massenkräfte und der Trägkeitsmomente eine Anordnung, bei welcher der Durch messer der Kunststoffscheibe etwa 60 mm beträgt, wobei das an dieser angeordnete Gewicht eine Masse von etwa 40 Gramm auf weist, wobei das Gewicht der Scheibe etwa 10 g, das der Brems platte etwa 1-2 g und die Federkraft etwa 10 g beträgt. Meß ergebnisse mit besonders hoher Präzision werden erhalten, wenn in an sich bekannter Weise das Potentiometer ein Konduktiv- Zeitplastik-Potentiometer ist, dessen Ausgangswerte einer Steuereinheit zugeleitet werden, die einen Analog-Digital- Wandler für die Digitalanzeige und einen integrierten Schalt kreis umfaßt, der in Kurzintervallen die Ausgangswerte des Potentiometers abgefragt, daraus einen Mittelwert bildet und eine Nullkompensation durchführt.Has proven particularly useful for optimizing the inertial forces and the moments of inertia an arrangement in which the through knife of the plastic disc is about 60 mm, which is this arranged weight has a mass of about 40 grams has, the weight of the disc about 10 g, that of the brake plate about 1-2 g and the spring force is about 10 g. Meas results with particularly high precision are obtained when in a manner known per se the potentiometer is a conductive Time plastic potentiometer, the output values of which is one Control unit can be fed, which is an analog-digital Converter for the digital display and an integrated switch Circle includes the output values of the Potentiometers queried, forms an average and performs zero compensation.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfindung näher erläutert:The present invention is illustrated by the attached figures explained in more detail:

Fig. 1 zeigt die Erfindung gemäß Vorrichtung in Frontalansicht Fig. 1 shows the invention according to the device in frontal view

Fig. 2 zeigt diese in Draufsicht. Fig. 2 shows this in plan view.

Fig. 1: Auf einer Befestigungsplatte 1 ist eine kreisrunde Scheibe 3 vorzugsweise aus Kunststoff (PE) angeordnet. Diese weist eine Achse 7 auf, um die die Scheibe frei drehbar ange ordnet ist. Am äußeren Rand der Scheibe befindet sich ein Gewicht 4, das ebenso wie die Scheibe aus nicht magnetischen Material, hier vorzugsweise aus Kupfer besteht. Für eine Kompaktbauweise des Gerätes hat sich dabei ein Maß-Gewichtsverhältnis als besonders geeignet erwiesen, wobei die Scheibe 3 einen Durchmesser von 60 mm aufweist, und die Masse des Gewichtes 40 Gramm ausmacht bei einem Gewicht der Scheibe 3 von etwa 10 g. Fig. 1: On a mounting plate 1 , a circular disc 3 is preferably made of plastic (PE). This has an axis 7 , about which the disc is freely rotatably arranged. At the outer edge of the disc there is a weight 4 , which, like the disc, consists of non-magnetic material, here preferably of copper. For a compact construction of the device, a dimension-weight ratio has proven to be particularly suitable, the disc 3 having a diameter of 60 mm and the mass of the weight being 40 grams with a weight of the disc 3 of approximately 10 g.

Seitlich ist der Scheibe 3 die Bremsvorrichtung zugeordnet.The brake device is assigned to the side of the disk 3 .

Diese besteht aus einer Bremsplatte 8, die durch die Feder 9 gegen den Scheibenrand 10 angedrückt wird. Die Bremsplatte 8 besteht aus magnetischem Material (Eisen) und steht in Wirk verbindung mit der Magnetspule 2. Ihre Masse beträgt etwa 2 g bei einer Kraft der Feder 9 von etwa 10 g.This consists of a brake plate 8 , which is pressed by the spring 9 against the disc edge 10 . The brake plate 8 is made of magnetic material (iron) and is in operative connection with the magnet coil 2nd Their mass is about 2 g with a force of the spring 9 of about 10 g.

Fig. 2: In der Draufsicht ist erkennbar, daß hinter der Befesti gungsplatte 1 das Potentiometer 5 liegt, das vorzugsweise ein Konduktiv-Zeitplastik-Potentiometer ist, in das die Pendel achse 7 hineinragt. In der Darstellung ist das Gewicht 4 lot recht an der Scheibe 3 ausgerichtet. Der Bremsplatte 8 und der Magnetspule 2 gegenüber auf der Rückseite der Platte 1 befindet sich ein Taktgenerator 6. Dieser beaufschlagt die Magnetspule 2 taktweise mit Strom, z. B. für das oben angegebene Verhältnis von Durchmesser und Gewichten mit einer Frequenz von etwa 1 Hz, wodurch im Kern der Spule ein Magnetfeld aufgebaut wird, das die Bremsplatte 8 gegen die Spannung der Feder 9 (Fig. 1) von dem Scheibenrand abhebt und diese freigibt. Fig. 2: In the top view it can be seen that the potentiometer 5 lies behind the fastening plate 1 , which is preferably a conductive time-plastic potentiometer into which the pendulum axis 7 projects. In the illustration, the weight 4 is quite aligned with the disk 3 . A brake generator 6 is located opposite the brake plate 8 and the magnet coil 2 on the back of the plate 1 . This acts on the magnetic coil 2 intermittently with current, for. B. for the above-mentioned ratio of diameter and weights with a frequency of about 1 Hz, whereby a magnetic field is built up in the core of the coil, which lifts the brake plate 8 against the tension of the spring 9 ( FIG. 1) from the edge of the disc and this releases.

Stellt man die erfindungsgemäße Vorrichtung auf eine geneigte Ebene, so fängt das Pendel an zu schwingen und wird dabei taktweise abgebremst, wodurch es die Ruhelage im Lot sehr schnell erreicht.If you place the device according to the invention on an inclined Level, so the pendulum starts to swing and becomes intermittently braked, which makes it very quiet in the plumb reached quickly.

Gleichzeitig entstehen durch das Freigeben der Bremsplatte von der Magnetspule weg durch die Federkraft Schläge der Brems platte auf die Scheibe. Dieser Impuls überträgt sich auf das (nicht dargestellte) Lager der Achse 7.At the same time, by releasing the brake plate away from the magnetic coil, the spring plate strikes the brake plate on the disc. This impulse is transferred to the (not shown) bearing of axis 7 .

Infolge der Erschütterung durch diese Impulse wird die Reibung der Achse 7 in ihrem Lager weitgehend überwunden, die lotrechte Ausrichtung des Pendels dadurch erheblich verbessert.As a result of the shock caused by these impulses, the friction of the axis 7 in its bearing is largely overcome, and the vertical alignment of the pendulum is thereby considerably improved.

Insgesamt führen diese Maßnahmen zu einem schnellen und sehr präzisen Ausrichten in der Nullage, so daß die Meßgenauigkeit der Vorrichtung erheblich verbessert ist.Overall, these measures lead to a quick and very precise alignment in the zero position, so that the measuring accuracy the device is significantly improved.

Claims

1. High-precision angle measuring device with a freely oscillating pendulum, with which a potentiometer is connected as a transducer, digital display generated by an analog-digital converter and characterized by a zero position potentiometer, characterized in that the pendulum consists of a circular disc ( 3 ) on the a weight ( 4 ) is arranged, the pendulum axis ( 7 ) protruding into the potentiometer ( 5 ) and the disc ( 3 ) is assigned a spring-loaded brake ( 8 ) which is connected to a clock generator ( 6 ), the brake ( 8 ) can be lifted from the disc ( 3 ) or the edge of the disc in cycles and strikes the disc ( 3 ) under spring action.

2. High-precision angle measuring device according to claim 1, characterized in that the brake consists of a plate 8, which is pressed by a spring ( 9 ) against the disc ( 3 ) and can be lifted cyclically by means of a magnetic coil ( 2 ).

3. High-precision angle measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the disc ( 3 ) consists of plastic.

4. High-precision angle measuring device according to at least one of claims 1-3, characterized in that the disc has a diameter of approximately 60 mm and the weight ( 4 ) is approximately 40 g in weight with a disc weight of approximately 10 g and a spring force of approximately 10 g and a brake plate weight of 1-2 g.

5. High-precision angle measuring device according to at least one of claims 1-4, characterized in that the potentiometer ( 5 ) is a conductive conductive plastic potentiometer, the output values of which are fed to a control unit which is an analog-digital converter for the digital display and one Integrated circuit, which queries the output values of the potentiometer ( 5 ) in short intervals, forms an average value therefrom and carries out zero compensation.