DE4427820A1 - Verfahren zur berührungslosen Messung von Winkelgeschwindigkeiten und der Periodendauer oszillierender Bewegungen - Google Patents

Verfahren zur berührungslosen Messung von Winkelgeschwindigkeiten und der Periodendauer oszillierender Bewegungen

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Description

Stand der Technik
Die bekannten Verfahren zur Drehzahlmessung aus der Vergangenheit sind:
Wirbelstrominduktion
Messung von Kräften, die durch Wirbelstrominduktion hervorgerufen werden (Beispiel Kfz-Tacho). Dieses Verfahren setzt eine Berührung des Meßobjektes voraus und enthält mechanische Komponenten.
Direkte Messung einer Impulsfrequenz
Direkte Messung einer der Winkelgeschwindigkeit proportionalen Impuls­ frequenz, entweder mechanisch, optisch oder magnetisch erzeugt. Bei diesem Verfahren ist eine Vorbereitung des Meßobjektes erforderlich. Dazu gehört die Anbringung bestimmter Kerben oder Reflexmarken am Meßobjekt. Diese Vorbereitung kann bei verschmutzten Meßobjekten schwierig werden. Dieses Verfahren setzt außerdem den vorübergehenden Stillstand des zu untersuchenden Meßobjektes voraus.
Indirekte Messung unter Ausnutzung stroboskopischer Effekte
Bei diesem Verfahren wird das Meßobjekt mit einer sogenannten Stroboskop-Lampe periodisch angeblitzt. Dabei wird die Blitzfrequenz durch den Beobachter variiert, bis die scheinbare Bewegung einer Marke oder Oberflächeneigenheit des Meßobjektes zum Stillstand gekommen ist. Die Drehzahl entspricht dann der Blitzfrequenz.
Dieses Verfahren eignet sich auch zur Messung oszillierender Bewegungen. Die Nachteile dieses Verfahrens sind seine Empfindlichkeit gegen Fremdlicht und die abhängig vom Augenmaß des Beobachters, da der Stillstands-Effekt auch bei allen ganzzahligen Vielfachen der Frequenz der Beleuchtung auftritt. Mathematisch gesehen handelt es sich bei diesem Verfahren um die Multiplikation (Mischung) der Rotationsfrequenz mit der Blitzfrequenz in die Nullage (Stillstand).
Vorteile der Erfindung Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, Wellendrehzahlen bzw. Frequenzen oszillierender Bewegungen berührungslos auch unter erschwerten Umwelteinflüssen, ohne Manipulation am Meßobjekt zu messen.
Lösung
Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln gelöst. Eine Weiterbildung der Erfindung kann den Unteransprüchen entnommen werden.
Vorteile
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs verbindet die universelle Einsetzbarkeit des stroboskopischen Verfahrens mit einer exakten, vom Beobachter unabhängigen Ermittlung des Meßwertes.
Im Unterschied zu diesem bekannten Verfahren ist die erfindungsgemäße Durchführung ein direktes Meßverfahren, das nicht auf das menschliche Auge als wesentlicher Bestandteil des Verfahrens angewiesen ist.
Weiterhin ist das beschriebene Verfahren nicht von einer speziellen Objekt­ beschaffenheit abhängig, es sind keine Marken o. ä. anzubringen, das Meß­ objekt muß auch weder gesäubert, noch zum Stillstand gebracht werden. Im Gegenteil: Das Verfahren basiert darauf, daß alle Objektoberflächen feinste Unregelmäßigkeiten aufweisen, die dem gemessenen Zeitsignal durch die Rotation (oder Oszillation) eine Periodizität verleihen. Diese Periodizität wird durch Anwendung von FFT und AKF ausgewertet.
Beschreibung der Ausführung
Der prinzipielle Meßaufbau ist Bild 1 zu entnehmen. Die mit der Kreisfrequenz ω rotierende Welle (1) des Durchmessers D wird mit einer Lichtquelle (3) beleuchtet. Das an der Oberfläche (2) reflektierte Signal passiert eine Blende (5) und fällt auf eine Fotodiode (4). Das zeit- und wertekontinuierliche analoge, elektrische Ausgangssignal wird im Verstärker (6) verstärkt, mit einem Abtast-Halteglied (7) abgetastet (Sample & Hold) und mit einem Analog/Digital-Umsetzer (8) diskretisiert. Das nunmehr zeit- und wertdiskrete, digitale Signal (9) gelangt an die, weiter unten ausführlich erläuterte, Ablaufsteuerung. In dieser Ablaufsteuerung (10) wird das Signal ausgewertet und zur Anzeige (11) gebracht. Außerdem beeinflußt die Ablaufsteuerung (10) direkt die Abtastrate fs des Abtast-Haltegliedes (8), um das System optimal an wechselnde Wellendurchmesser und Drehzahlen anzupassen.
Die in Bild 1 gezeichnete Ablaufsteuerung (10) enthält im wesentlichen digitale Logik, um das neue Prinzip der Drehzahlmessung zu realisieren.
Die Messung selbst geschieht in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird die Abtastrate fs auf einen Startwert eingestellt. Dann werden N Meßwerte (Punkte) vom A/D-Umsetzer in den Speicher (13) aufgenommen. Bild 4 zeigt ein Signalbeispiel, wie es bei einer völlig blanken Welle auftritt. Für N muß gelten
N = 2n n = 1, 2, 3, . . .
damit die schnelle Fouriertransformation (FFT, (14) in Bild 2) durchgeführt werden kann. (Anmerkung: Die FFT ist ein Sonderfall der Diskreten Fourier­ transformation (DFT). Die FFT benötigt nur ca. Nlog(N) Rechenoperationen, im Gegensatz zu N² Operationen der DFT.)
Da das FFT-Eingangsignal mit N Punkten im mathematischen Sinne ein reelles Signal ist, hat das FFT-Ausgangssignal Paare komplexer Spektrallinien.
Mit Hilfe schneller Multiplizierer wird das Betragsquadrat jedes Punktepaares (die Summe der Quadrate von Realteil und Imaginärteil einer Spektrallinie) gebildet. Dabei werden aber nur die ersten Paare (s. o.) berücksichtigt. Bild 5 zeigt die ersten 50 Linien nach der Betragsberechnung für das Signal aus Bild 4.
Es wird nun die Position des ersten Maximums (von links im Ergebnisdatensatz der FFT) der Betragsquadrate gesucht (15). Die Position dieses Maximums (kpos) entspricht schon der gesuchten Rotationsfrequenz frot des Meßobjektes.
Da die Frequenz-Auflösung der FFT nur bei
liegt, wird jetzt die Abtastrate des AID-Umsetzers so angepaßt (12), daß im Rahmen dieser Genauigkeit genau pa abgetastete Umdrehungen in den Speicher aufgenommen werden. pa muß ganzzahlig sein.
Im nun folgenden zweiten Schritt des Verfahrens werden mit angepaßter Abtastrate wieder N Punkte Meßwerte vom ND-Umsetzer in den Speicher (13) aufgenommen. Jetzt wird die Autokorrelationsfunktion (AKF, (16) in Bild 2) des Speicherinhaltes gebildet. Bild 3 zeigt das Prinzip der PAKF.
In diesem Schritt wird vorzugsweise die Periodische AKF (PAKF) verwendet, um die sonst dreieckförmige Bewertung des Ergebnisses zu unterbinden und um die Anzahl der Rechenoperationen zu halbieren. Die diskrete Zahlenfolge x(n) der Länge N wird in der PAKF elementweise mit sich selbst multipliziert. Die Addition ist dabei zyklisch modulo N.
Durch das a priori Wissen, genau pa Perioden der Wellenumdrehung aufge­ nommen zu haben, kann gefolgert werden daß auch pa Maxima im Ergebnis der PAKF zu finden sind. Das Signal nach der PAkF ist in Bild 6 dargestellt. Diese Maxima werden gesucht (17) und der Mittelwert (m) ihrer zeitlichen Abstände untereinander bestimmt.
Die Rotationsfrequenz der Welle fsig kann, in Verbindung mit der bekannten Abtastrate, zu
berechnet werden.
Als letzter Schritt wird aus dem Mittelwert m der Abstände die Drehzahl be­ stimmt.
Das Resultat wird auf einem Display (11) zur Anzeige gebracht und über eine V.24-Schnittstelle zur peripheren Weiterverarbeitung ausgegeben. Das in in Bild 2 gezeichnete Steuerwerk (18) kann dazu auch durch einen Mikro­ prozessor realisiert werden.

Claims (7)

1. Ein Verfahren zur berührungslosen Messung von Winkelgeschwindigkeiten und der Periodendauer oszillierender Bewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert durch Anwendung der Autokorrelation auf das elektrische Meßsignal gewonnen wird.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Berechnung der Autokorrelation durch eine Fouriertransformation des Meßsignals und geeignete Auswertung der Fourierkoeffizienten des Meßsignals ergänzt wird.
3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Meßsignal durch Auswertung der vom Meßobjekt reflektierten elektromagnetischen Strahlung gewonnen wird.
4. Ein Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein vorzugsweise eine sichtbarer oder infraroter Laserstrahl zur Beleuchtung des Meßobjektes verwendet wird.
5. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Meßsignal durch Auswertung der vom Meßobjekt beeinflußten - bzw. -Feldkomponenten elektromagnetischer Felder gewonnen wird.
6. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Meßsystem während der Messung adaptiv auf die Oberflächenbeschaffenheit des Meßobjektes einstellt.
7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt auch ein Zahnrad, oder ein ähnliches Objekt periodischer Oberflächenbeschaffenheit sein kann.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19723873A1 (de) * 1997-06-06 1998-12-10 Evotec Biosystems Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Objektbewegungen
DE10013512A1 (de) * 2000-03-20 2001-10-11 Igl Ingenieur Gemeinschaft Luf Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung
GB2389652A (en) * 2002-01-23 2003-12-17 Csi Technology Inc Optical speed sensing system using diffuse reflections
FR2875008A1 (fr) * 2004-09-09 2006-03-10 Snr Roulements Sa Procede de determination d'une vitesse diffentielle par analyse frequentielle temporelle des signaux de vitesse

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4041293A (en) * 1974-09-25 1977-08-09 Jungner Instrument Ab Method of measuring the velocity of an object relative to a reference and a device for effecting said method
DE2856032A1 (de) * 1978-01-03 1979-07-12 Coulthard John Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel
DE2219343B2 (de) * 1971-05-05 1980-01-17 Hasler Ag, Bern Einrichtung zur Messung einer Relativgeschwindigkeit mittels stochastischer Signale
US4312592A (en) * 1979-02-28 1982-01-26 Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (Anvar) Method and device for the measurement of linear speeds without contact and without marking
US4912519A (en) * 1987-06-19 1990-03-27 Omron Tateisi Electronics Co. Laser speckle velocity-measuring apparatus
WO1994008244A1 (en) * 1992-09-30 1994-04-14 Forskningscenter Risø Method and apparatus for determining the rate of angular rotation of a rotating object

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2219343B2 (de) * 1971-05-05 1980-01-17 Hasler Ag, Bern Einrichtung zur Messung einer Relativgeschwindigkeit mittels stochastischer Signale
US4041293A (en) * 1974-09-25 1977-08-09 Jungner Instrument Ab Method of measuring the velocity of an object relative to a reference and a device for effecting said method
DE2856032A1 (de) * 1978-01-03 1979-07-12 Coulthard John Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel
US4312592A (en) * 1979-02-28 1982-01-26 Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (Anvar) Method and device for the measurement of linear speeds without contact and without marking
US4912519A (en) * 1987-06-19 1990-03-27 Omron Tateisi Electronics Co. Laser speckle velocity-measuring apparatus
WO1994008244A1 (en) * 1992-09-30 1994-04-14 Forskningscenter Risø Method and apparatus for determining the rate of angular rotation of a rotating object

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 60-196674 A., In: Patents Abstracts of Japan, P-432, Febr. 28, 1986, Vol. 10, No. 52 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19723873A1 (de) * 1997-06-06 1998-12-10 Evotec Biosystems Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Objektbewegungen
DE19723873B4 (de) * 1997-06-06 2004-02-05 Evotec Oai Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bewegungserfassung eines sich zumindest zeitweilig periodisch bewegenden Objekts
DE10013512A1 (de) * 2000-03-20 2001-10-11 Igl Ingenieur Gemeinschaft Luf Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung
GB2389652A (en) * 2002-01-23 2003-12-17 Csi Technology Inc Optical speed sensing system using diffuse reflections
GB2389652B (en) * 2002-01-23 2006-08-30 Csi Technology Inc Optical speed sensing system
FR2875008A1 (fr) * 2004-09-09 2006-03-10 Snr Roulements Sa Procede de determination d'une vitesse diffentielle par analyse frequentielle temporelle des signaux de vitesse

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