DE7740102U1 - Vorrichtung zum messen der verschiebung und/oder der geschwindigkeit eines bewegten koerpers - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-TngV'E Weic'kmann, "

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl-Phys. Dr. K. Fincke

PRJD Dipl.-Ing. R A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr.-Ing. H. Liska

8 MÖNCHEN 86, DEN , ä. AU'3· 1979

POSTFACH 860 820

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Dr. Johannes Heidenhain GmbH
Nansenstraße 17, 8225 Traunreut

Vorrichtung zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines bewegten Körpers

Die Erfindung liegt auf dem Gebiete von Vorrichtungen zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines relativ zu einer Bezugsfläche bewegten Körpers juxt einer ein optisches, spiralenförmiges Streifenmuster aufweisenden., auf de— Bezugsfläeke unverrückbar oder der Bewegung des Körpers folgend gelagerten, rotierenden Scheibe, einem der Bewegung des Körpers folgenden bzw. an der Bezugsfläche angebrachten Stab mit einem optischen Streifenmuster aus vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordneten Streifen, mit einer optischen Anordnung zur Erzeugung einer Abbildung eines der Streifenmuster auf das andere Streifenmuster, einem Detektor zur Messung des vom anderen Streifenmuster abgegebenen Lichtes.» einer Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignals und einer Schaltung zur Auswertung des Referenzsignals und des vom Detektor abgegebenen Meßsignals- , -

S - 2 - I

tail ι · · · ··· I· I t · · · ■··

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art besteht das optische Streifenrauster aus einer langen, vielfach gewundenen, lichtdurchlässigen Spirale in der sonst lichtundurchlässigen Scheibe (DT-PS 1 177 353, Fig. 4). Die Ganghöhe der Spirale ist konstant und entspricht dem Streifenabstand der geraden, parallelen Streifen des Streifenmusters des nahe der Scheibe angeordneten | Stabs. Um die beiden Streifenmuster zumindest in einem kleinen | Sektorbereich der Scheibe in möglichst gute Deckung zu bringen, wenden die Streifen des Streifenmusters des Stabs 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 Überdeckung der beiden Streifenmuster ausgehend erreicht man bei ruhendem Stab die nächste Überdeckung nach einer Scheibenumdrehung. Die Frequenz des vom Detektor abgegebenen Meßsignals ist somit gleich der Rotationsfrequenz der Scheibe. I

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 Wellenzüge des Meßsignals "und eines Referenzsignals vergleichen. Um eine gewünschte hohe Genauigkeit zu erreichen, müßte die Scheibe mit^: einer sehr hohen, technisch nur unter großes Aufwand realisierbaren Geschwindigkeit angetrieben werden.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung sind die Streifen des Streifenmusters der Scheibe radial angeordnet (IXC-PS 1 177 353, Fig. 2).'Die geraden, parallelen 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 Abbildungsbereiches. Hierbei ist die Frequenz des Meßsignals ein Vielfaches der Frequenz der Scheibe, entsprechend der Ά-ητ-.pihl der radialen Streifen und damit ausreichend hoch für die in Voran-

gehenden angesprochenen Schaltungen zur Auswertung des des Meßsignals. Nachteilig ist hier jedoch, daß die Überdeckung der Streifen der beiden Streifenmuster nur unvollständig gelingt, da die vom Mittelpunkt des Abbildungsbereichs entfernteren radialen Streifen einenmit der Entfernung zunehmenden Winkel mit den parallelen Streifen des Streifenmusters des Stabs bilden. Man erhält daher bei einem für ein ausreichend großes Meßssignal 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 Abbildungsbereichs wiedergebende. Meßsignal eine zur weiteren Verarbeitung des Signals ausreichende Größe und Freciuenz bei niedrigem Störsignalanteil aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Streifen des Streifenmusters der Scheibe in Form von 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 Streifenmusters des Stabes 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 dadurch gelöst, weil die evolventenförmigen Streifen des Streifenmusters öer Scheibe im Äbbildungsbereich gleichen Krümmungsmittelpunkt besitzen (Berührpunkt der Tangente am Grundkreis) "und daher von parallel zueinander angeordneten Streifen des Streifenmusters des Stabs in eine fast vollständig überlappende Abdeckung gebracht werden können. _ Auf der Seheibe kann ein Streifenmus ter mit einer Vielzahl

_ li _

L ll¹-^{1 Η} ** * • %τ ■ · · ·· · ♦ « ·

von evolventenförmigen Streifen angebracht werden. Dieser Anzahl entsprechend ist die Frequenz des Meßsignals höher als die Frequenz der Scheibe.

Günstig ist es, den Abbildungsbereich so zu legen, daß die Lange 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 nahe-I zu gleich ist und diese Streifen mit den Streifen des Stabes I in sehr gute Überdeckung gebracht werden können. Die Streifen I des Stabes können hierbei entweder als nebeneinander gleich I orientiert angeordnete, leicht gekrümmte Streifen ausgebildet f sein mit einem Krümmungsradius, der einem mittleren Krümmungs-I radius der evolventenför-niigen Streifen der Scheibe entspricht \ oder als gerade, parallele Streifen. Letztere Ausführungsform ;■ ist besonders einfach herzusteilen.

j Die Streifenmuster können aus abwechselnd lichtdurchlässigen

h und -undurchlässigen oder abxwechselnd reflektierenden und

absorbierenden Streifen gebildet sein.. Durch geeignete Kombination von lichtdurchlässigen bzw. lichtreflektierenden

L Streifenmustern läßt sich eine an die jeweilige Versuchs-

1 bedingung optimal angepaßte 1-ießvorrichtung aufbauen. Für einen

I am Körper angebrachten Stab beispielsweise ist ein liehtre-

I flektierendes Streifenmuster vorzuziehen. Die restliehen Bau-

!' teile der Vorrichtung können in ein vom Körper entferntes

β Gehäuse ■ eingebaut sein. Dies ist von Bedatung in Räumen, in

i- denen ungünstige Bedingungen für Meßgeräte herr-

I sehen (Sehmutz, Kahl- und SclnDiersiirfcel bei "Werk—

f; zeugmaschinen, bei denen Verschiebungen gemessen werden

f sollen).

Das vom Abbilduagsbereieh abgegebene Licht eriiält darm

gleiert lane;e Hell- und Dunkelphasen., wenn die Streifen j

beider Streifenmuster in der Abbildung gleich breit sind. ;·■·■

Das vom Detektor abgegebene MeSsignal eignet sich besonders \.

gut für die Auswertung durch die Schaltung. ;,;

Wird der Körper in Bewegung gesetzt, und damit eines der |

beiden Streifenmuster beispielsweise das des f

Stabes, so ändert sieh das Meßsignal in Phase und Frequenz \

gegenüber dein MeiSsignal bei ruhendem Körper. Die Frequenz- ί

änderung ist dabei der Geschwindigkeit des Körpers, die :,

Phasenverschiebung der vom Körper zurückgelegten Strecke |

proportional. Zur Ermittlung der von der Bewegung des Kör- ■'

pers herrührenden Änderungen des Meßsignals -wird dieses mit einem \

Referenzsignal verglichen. Man kann dadurch ein Referenzsignal :

erhalten, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Referenz- :

signals eine Abtasteinrichtung zur Abtastung eines insbeson- \

dere optischen Referenzmusters der Scheibe mittels eines De- [

tektors umfaßt. Dies hat den Vorteil, daß sieh eventuelle j.

Drehzahlschwankungen der Scheibe in gleicher Weise auf das j

Meßsignai wie das Referenzsignal auswirken und, bei geeigneter j

Auswertung durch die Schaltung, das Meßergebnis nicht beein- S

flüssen. Diese Lösung bietet den zusätzlichen Vorteil, daß I

Rundlauffehler der Lagerung der Scheibe keine Meßfehler ver- 1

Ursachen, da der das Heßsignal abgebende Detektor und die das |

Referenzsignal abgebende Abtasteinrichtung in Meßrichtung genau J

fluchtend angeordnet werden können. I

Es erübrigt sich ein eigenes Referenzmuster, wenn das Streifenmuster der Scheibe als äes Refersnzmuster ausgebildet ist.

Ist es jedoch erwünscht, ein Referenzsignal möglichst hoher i

Frequenz zu erhalten, so ist es günstiger, das Referenzmuster j

als Streifenmuster mit radial verlaufenden Streifen auszubil- I

den, da ein eigens hergestelltes Referenzmuster dichter als |

das für die Abbildung eines Streifenmuster bestimmte evolven- |;

tenförmige Streifenmuster der Scheibe belegt werden kann und |

radial verlaufende Streifen besonders einfach herzustellen $ sind.

Bei mit konstanter Geschwindigkeit angetriebener Seheibe kann auf die Abtasteinrichtung verzichtet werden., wenn das Referenzsignal von einem Funktionsgenerator, insbesondere einem quarzstatdlisierten Multivibrator abgegeben ist.

Die Schaltung zur Auswertung des Referenzsignals und des Meßsignals kann, so ausgeführt sein, daß die Schaltung einen Vorwärts-Rückwärtszähler zur Bildung eines die Verschiebung des Körpers darstellenden Bezugssignals umfaßt, der aus dem Meßsignal und dem Referenzsignal abgeleitete Signale addiert bzw. subtrahiert. Diese Schaltung läßt sich einfach aufbauen und liefert ein die Verschiebung des Körpers darstellendes, digitales Bezugssignal, 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 abgelebtste Signale mit sehr hoher Frequenz zuführt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Schaltung mindestens einen Unterteiler umfaßt, der ein Ausgangssignal mit einer um einen vorgegebenen Faktor größeren Frequenz als ein Eingangssignal abgibt.

Die Scheibe kann auch anstatt mit konstanter Geschwindigkeit mit einer derart geregelten Geschwindigkeit angetrieben sein, daß das Meßsignal konstant ist.

Das Signal, desisen Änderung von der Schaltung zur Bildung des Bezugssignals ausgewertet wird, ist dann das Referenzsignal, welches bei einem mit besonders vielen Streifen ausgebildeten Referenzmuster eine für die Auswertung in der Schaltung günstige hohe Frequenz besitzt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine seheinatisehe Barstellung im Schnitt des mechanisch-optischen Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Ansieht entlang der Linie II-II der Fig. 1

unter Weglassung von Gehäuse und Beleuehtungseinrichtungsteileri nrit einer ersten Ausf-ührungsform der Scheibej

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Scheibe;

Fig. k einen Teilaussehnitt aus den Sehelben nach Fig. 2 oder Fig. ^j

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 11 versehener \ ff-. Stab 12 gezeigt, der mit einem Körper 14 verbunden ist, dessen Bewegung relativ zu einer Bezugsfläche Io gemessen werden soll. Hierzu ist im Abstand zu diesem Stab 12 ein Gehäuse 18 auf der Bezugsfläche 16 aufgestellt, welches für die Messung notwendige Baukomponenten staubdicht und bis auf eine Meßöffnung 20 lichtdicht abschließt und diese Baukomponenten vor einer mechanischen Beschädigung schützt. Innerhalb des Gehäuses rotiert eine von einem Motor 22 über eine Kupplung 24 angetriebene Scheibe 26, die in einem Kugel- oder Wälzlager spielfrei gelagert ist. Innerhalb des Gehäuses 18 ist eine erste Lichtquelle 30, insbesondere eine Halbleiterlichtquelle angeordnet, die mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 32 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 Kondensor 1 inse 34 und

den halbdurehlässigen Spiegel 32 in eine Linse 36 abgebildet. Die Linse J>6 befindet si2h im Brennpunkt einer Feldlinse 3>8 in der Meßöffnung 20, die die Lichtquelle 30 ins Unendliche abbildet und daher das Streifenmuster 10 gleichmäßig ausleuchtet. Die Anordnung der Linse und der Feldlinse 38 ist so getroffen, daß die Streifen scharf auf die Scheibe 26 abgebildet sind. Sie bilden hier die Streifen Il^l der Abbildung 4o. Da die Scheibe 26 ein im folgenden noch zu behandelndes Streifenmuster 42 aus abwechselnd lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Streifen 44 besitzt, kann durch die mit dem Bild 40 des Streifenmusters Io des Stabs beleuchtete Scheibe 26 Licht hindurciitreten und von einem lichtempfindlichen Detektor 46 gemessen werden. Da die Seheibe 26 rotiert, erhält man auch bei ruhendem Körper 14 ein Meßsignal f mit 'wechselnder Amplitude entsprechend der wechselnden gegenseitigen Abdeckung der beiden Streifenmuster 40 und 42. In Fig. 2 sieht man die Scheibe 26 von der Seite des Detektors 46 aus. Die auf die andere Seite der Scheibe 26 projizierte Abbildung 40 des Streifenmusters 10 des Stabs 12 ist mit einer gestrichelten Umfangslinie 48 angedeutet. Das aus dem von dieser Umfangslinie 48 umschlossenen Bereich kommende Licht wird vom Detektor 46 aufgefangen. Zur Bildung eines von der Bewegung der Körpers 14 unabhängigen Referenzsignals fg ist hinter der Seheibe 26 ein zweiter Detektor 50 angebracht, der ein gleichmäßig beleuchtetes Referenzmuster 52 der Scheibe 26 abtastet. Hierzu wird das Referenzmuster 52 von einer zweiten Lichtquelle 54 über eine Kondensorlinse 56 beleuchtet. Zwischen Lichtquelle 54 und Detektor 50 ist eine Blende 58 angeordnet, die entweder eine einzige Blendenöffnung in der Breite von Streifen 60 des Referenzmusters 52 besitzt, oder die ein dem Referenzmuster 52 entsprechendes Streifenmuster 56 aufweist. In Fig. 2 ist die Blende 58 sowie der durch das Streifenmuster 62 der Blende hindurch" beleuchtete Bereich des Referenzmusters 52 gezeigt. Dieser

-S-

Bereich ist durch die strichlierte Umfangslinie 64 angedeutet.

Das Streifenmuster 10 des Stabes 12 ist aus hochreflektierenden und lichtabsorbierenden streifen 11 gleicher Breite von beispielsweise 0,5 mm, d.h. einer Periode von 1 mm zusammengesetzt. Ein rechteckiges, beispielsweise 11 χ 25 mm großes PeId des Streifenmusters 10 wird als Abbildung 40 auf die Scheibe abgebildet in den von der Umfangslinie 48 begrenzten Bereich. Entsprechend dem im beschriebenen Beispiel gewählten Abbildungsmaßstab der Linsenanordnung aus Linse 36 und Peldlinse 20 von 1 : 5f5 hat die Abbildung 40 eine länge l von 4,5 mm und eine Breite ti von 2 mm. In Fig. 4 sind einige der abgebildeten Streifen 11' des Streifenmusters 10 in der Abbildung 40 punktiert angedeutet. Deren Periode t ist 0,18 mm. Die Streifen 11' sind auf die evolventenförmigen Streifen 44 des Streifenmusters 42 der Scheibe 26 projiziert. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, jedoch mit übertrieben großer Krümmung der Streifen 44 zur Verdeutlichung der Zeichnung. Der Krümmungsradius der Streifen 44 ergibt sich aus der Lage der Abbildung 40 auf der Scheibe 26. Fig. 3 zeigt eine Scheibe 27, bei der das Streifenmuster 42 auch als Referenzmuster dient, was durch die umfangslinie 64 innerhalb des evolventenfönnigen Streifenmusters 42 angedeutet ist. Entsprechend Fig. 1 und tastet der Detektor 50 den durch diese Umfangslinie 64 begrenzten Bereich der Scheibe 26 ab.

Die Streifen 42 folgen Evolventen, die die Bahnkurven der Enden unterschiedlich langer Pad en bei Abwicklung von einem Grundkreis 68 beschreiben. Der Krümmungsradius eines Evolventenpunktes, beispielsweise innerhalb der rsm-fangslinie 48 (siehe Fig. 3) ist daher die Länge der Tangente 72 an den Grundkreis 68, zwischen Evolventenpunkt und Grundkreis 68. Der Grundkreis 68 ist im Drehpunkt 70 der Scheibe 27 zentriert. Die Streifen 44 sind geringfügig mit einer Wölbungshöhe h. gewölbt, welche klein sein muß gegenüber der Periode t.

- 10 -

ι* · t

- 10 -

Dies wird dadurch erreicht, daß der Krümmungsradius ^groß gegenüber der Breite b gewählt wird. Entsprechend der Beziehung h = w- erhält man bei einem Krümmungsradius ? von beispielsweise 25 mm und einer Breite b von 2 mm eine Wölbungshöhe h von0,02 mm.

Da die Tangente 72 gleichzeitig Radiale für die Streifen 44 ist, werden die Streifen 11 des Streifenmusters 10 so in die Abbildung 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 Q. Muster 40 und 42.

Die von den Detektoren 46 und 50 erzeugten Signale f-, und fp werden einer Schaltung 74 zugeführt (Fig. I)₁ die ein die Verschiebung des Körpers 14 darstellendes Bezugssignal g erzeugt. Dieses Signal kann einer Anzeigevorrichtung oder einer Steuerung, beispielsweise einer Werkzeugmasehinensteuerung, zugeführt werden (in Fig. 1 nicht dargestellt). In den Fig. 5 und 6 sind zwei bevorzugte Ausführungsformen 76 und 78 der Schaltung 74 gezeigt. Beiden Ausführungsformen 76 und 78 gemeinsam ist ein Vorwärts-Rückwärtszähler 80, der aus dem Signal T^ abgeleitete Rechteckimpulse addiert und davon aus dem Signal fp gewonnene Rechteckimpulse subtrahiert. Um die Genauigkeit dieses Ergebnisses zu verbessern, haben di ese Rechteckimpulse jeweils eine um einen vorgegebenen Faktor größere Frequenz als die Signale f, und fp.

Diese Rechteekimpulse hoher Frequenz erhält man in der ersten Ausführungsform 76 in folgender Welse. Das Signal f, wird einem Wechselspannungsverstärker 82 und daran anschließend einer Schmi-tt-Trlggerstufe 84 zugeführt, die die In FIg. 5 dargestellten sinusförmigen bzw. reehteeklmpulsförmigen Signale der gleichen Frequenz wie f. erzeugen.

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Gleichzeitig erzeugt ein spannungsgesteuerter Multivibrator 86 (VCO) ein Rechtecksignal mit einer Frequenz 1000 χ f₁'. 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 V/eise, daß jegliche Phasenabweichung zwischen den Signalen f, und f,' verschwindet. Es steht dann am Ausgang des Multivibrators 86 ein Signal ndt einer Frequenz 1000 χ f, zur Verfügung.

In gleicher Weise kann aus dem Signal fp ein Signal mit der Frequenz 1000 χ f₂ gewonnen werden. Wird ein Referenzmuster mit einer Streifenanzahl verwendet, die sich von der des evolventenförrnigen Streifenmusters 42 unterscheidet, so muß aus der Frequenz f~ eine zweite Frequenz f._Q gewonnen werden, die bei ruhendem Körper 14 mit der Frequenz f. identisch ist. In diesem Falle wird ein Teiler 89 verwendet, der den Ausdruck _

1 ?2
■ · -β.— bildet. Die restlichen zur Bildung des Signals

IUUU 11 λ

1000 f,Q ^iU aus dem Signal fp notwendigen Komponenten sind die gleichen wie die bereits besprochenen für die Auswertung des Signals f^ und daher mit denselben Bezugsziffern, jedoch gestrichen gekennzeichnet.

Durch die beschriebene Ausführungsform 46 der Schaltung 74 wird eine Unterteilung 5333 den Eaktor Tausend erreicht, ö.h. eine Unterteilung des Streifenmusters 10 mit einer Periode -von 1 mm auf eine Periode von 0,001 nnn„ Andere-Unterteilungsfaktoren sind bei sinngemäßer Anwendung des beschriebenen Prinzips möglich,

Ist die Eotationsfrequenz äer Scheibe 26, 27 für die angestrebte Genauigkeit einer Messung ausreichend konstant, so kann man öas !Referenzsignal statt 70m Detektor 50 als Signal I₉ "von einem Multivibrator 92 mit der Erequenz 1000 ±_Λ abnehmen, und

aem Vorwärt3-Rückwärtszähler 80 zuführen, wie in Pig. 5 mit unterbrochenen Linien gezeigt.

Die !Frequenz des nicht konstant gehaltenen Signals f ₁, f„ sollte möglichst hoch sein, damit die Anforderungen an den Tiefpaßfilter 92 bzw. 92' der jeweiligen Ünterteilerschaltung 86, 83, 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 Prequenz der Scheibe 26, 27 derart zu regeln, daß das Meßsignal f^ konstant ist und das Referenzsignal fp 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 f_p kann einfach aufgebaut sein.

Die Schaltungsanordnung zur Realisierung dieses Meßprinzips ist- in Pig* 6 als zweite Ausfährungsform 78 gezeigt. Der Motor 22 wird hierbei so geregelt, daß das vom Detektor 46 abgegebene Meßsignal f₁ gleich einem vorgegebenen konstanten Signal f₁' wird. Dieses konstante Signal f..' wird aus einem Multivibrator 94 abgeleitet, der ein Signal 1000 ±^^r abgibt. Aus dem Signal 1000 f₁'wird mit Hilfe zweier Uhterteiler 96 und 98 das Signal f₁'gebildet und einem Multiplikator 100 zugeführt. Gleichzeitig "^ wird dem Multiplikator 100 das von einem Verstärker 102 und einer nachgeschalteten Schuitt-Triggerstufe 104 umgeformte Signal f₁ zugeführt. Das durch einen Tiefpaßfilter 106 geführte j Ausgangssignal des Multiplikators 100 regelt einen spannungs-... gesteuerten Multivibrator 108, der über einen Verstärker 110

* den Motor 22 der Scheibe 26, 27 antreibt. Der Motor 22 ist dabei \ so geregelt, daß die Abweichungen zwischen Signal f^ und f..'

* ver s chwind en.

τ; Das Signal 100 f^' (oder gegebenenfalls 1000 f ' entsprechend 5) wird dem Vorwärts-Bückwärtszähler 80 zugeführt.

üas Signal f₂ kann durch eine der Pig. 5 entsprechende, stark unterteilende Schaltungsanordnung geführt werden. Falls geringere Genauigkeit ausreichend ist, kann das Signal f₂ geringer unterteilt werden. In Pig. 6 ist ein als einfaches Setzwerk ausgebildeter, zwanzigfach unterteilender Teiler gezeigt. Ihn wird das von einem Yerstärker 114 verstärkte Signal f₂ zugeführt. Hierbei ist ein drittes, zum Signal f₂ um 90° phasenverschobenes Signal f^ erforderlich, das von einem ebenfalls das Referenzmuster 52 abtastenden Detektor 51 abgegeben ist und das von einem Yerstärker 116 verstärkt wird (unterbrochene Linie in Jig. 6). Das Ausgangssignal 20«f₂ des Teilers 112 wird dem Yorwärts-E'Ickwärtszähler 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 dis 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 f^ und f₂ die Verschiebung des Körpers 14 ermittelt wurde, kann durch Vergleich der Frequenzen von f.* und f_? auch die momentane Geschwindigkeit des Körpers 14 ermittelt werden. Me im Vorangegangenen beschriebene Vorrichtung ist kostengünstig herzustellen, ist einfach im Aufbau und ermöglicht eine zuverlässige, genaue Messung der Bewegung des Körpers

Claims (1)

1. S cheat ζ ansx>rüche

   Vorrichtung zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines relativ zu einer Bezugsfläche bewegten Körpers mit einer ein optisches, spiralenförmiges Streifenmuster aufweisenden, auf der Bezugsfläche unverrückbar oder der Bewegung des Körpers folgend gelagerten, rotierenden Scheibe, einem der Bewegung des Körpers folgenden bzw. an der Bezugsflache angebrachten Stab mit einem optischen Streifenmuster aus vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordneten Streifen, mit einer optischen Anordnung zur Erzeugung einer Abbildung eines der Streifenmuster auf das andere Streifenmuster, einem Detektor zur Messung des vom anderen Streifenmuster abgegebenen Lichtes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignals und einer Schaltung zur Auswertung des Referenzsignals und des vom Detektor abgegebenen Meßsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (44) des Streifenmusters (42) der Scheibe (26, 27) in Form von 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 (1Γ) des Streifenmusters (10) des Stabes (12) im wesentlichen senkrecht zu einer durch die Strecke dieser Streifen (ll¹) gehenden Tangente (72) an den Grundkreis (68) der Streifen (44) des Streifenmusters (42) der Scheibe (26, 27) angeordnet sind.

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   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß äie !Lange (^) der Tangente (72) zwischen Grundkreis (63) und den Streifen (1Γ, 44) der Streifenmuster (10, 42} In der Abbildung (40) -groß ist, im Vergleich zur Länge Co) äer Streifen (1Γ, 44) der Streifenmuster (10, -^2) in der Abbildung

   ^s. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, da3 die Streifenrauster (10, 42) aus abwechselnd lichtdurch-. lässigen und -undurchlässigen oder abwechselnd reflekrtierenden und absorbierenden Streifen (11, 44) gebildet sind.

   4. Vorrichtung nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (1Γ, 44) beider Streifenmuster (10, 42) In der Abbildung (40) gleich breit sind-

   5. Vorrichtung nach einem der ,vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Äbtasteinrichtung (50, 54, 56, 58,

   62) zur Abtastung eines insbesondere optischen Referenz-

   t musters (42, 52) der Scheibe (26) mittels eines De-

   I" ' tektors (50) .

   6, Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Streifenmuster (42) der Scheibe (26) als das Referenz·= muster ausgebildet ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzmuster als Streifenmuster (52) mit radial verlaufenden Streifen (60) ausgebildet 1st.