HU182657B - Equipment, preferably for digital strength measurement - Google Patents

Description

A találmány tárgya berendezés, különösen digitális erőméréshez. Ezenkívül a berendezéssel út, és valamennyi erőből és útból származtatható mennyiség digitálisan mérhető.

A 94 905 számú német demokratikus köztársaságbeli szabadalmi leírásból ismeretes egy olyan berendezés közvetlen digitális erőméréshez, amely egy mérőelemet tartalmaz, amely több, egymással szilárdan összekötött áttetsző lemezből áll. A mérőelem egyik lemezén, az úgynevezett hajlítólapon, lép fel a mérendő erő. A hajlítólap és a vele szemben elhelyezkedő lemez közötti légrés úgy van kialakítva, hogy a hajlítólap meghajlásakor és a mérőelemnek párhuzamos monokromatikus fénnyel történő átvilágításakor forgó interferenciakép alakul ki. Fotoelektromos vevők segítségével a forgó interferenciakép bizonyos helyeit letapogatják. Optimális viszonyok akkor adódnak, ha az interferenciacsíkok a mérési tartomány kezdetén egy ferde kiindulási helyzetből a mérési tartomány végéig a kiindulási helyzettel szimmetrikus véghelyzetbe forognak. A vevő y irányban történő beállításával a mérési tartományhoz hozzárendelt jelkészletet határozzák meg. A vevőnek az x irányban történő távolságbeállításával megvalósítható a kimenő jelek kívánt fázishelyzete.

Ennél a berendezésnél a mérési tartományhoz hozzárendelt jelkészletet a vevő letapogatási helyének az x tengelytől való távolsága határozza meg. Ez a hozzárendelés tehát megváltozik, ha például a hőmérsékletingadozások megváltoztatják a mérőelem, az optikai letapogatórendszer és a fotoelektromos vevő egymáshoz viszonyított helyzetét.

A forgó interferenciakép alapján az x irányban állandó marad ugyan az interferenciacsíkok távolsága, azonban az y irányban változik a mért értéktől függően. így a kiértékelhető interferenciacsíkok számát korlátozza a fotoelektromosan még kiértékelhető interferenciacsík távolság.

Ha az erő nem központosán hat a hajlítólapra, akkor ez elcsavarodik, és ezáltal megváltozik az interferenciacsíkok távolsága az x irányban, valamint a kimenő jelek közötti fáziskülönbség.

Az egymással szilárdan összekötött lemezeket, amelyek a mérőelemet képezik, jó minőségű és áttetsző anyagból kell készíteni.

Ezenkívül a lemezeknek igen jó minőségű felülettel és jó mérettartással kell rendelkezniük, hogy meg lehessen valósítani a légrés kívánt geometriáját.

A deformálódó testet nem lehetséges egyetlen darabból készíteni, mivel a légrést meghatározó felületeket polírozni kell.

Célunk a találmánnyal olyan megoldás létrehozása, amely lehetővé teszi, hogy különösen az interferenciacsíkok távolságát állandó értéken tartsuk a mérési tartományban, és egyidejűleg biztosítsuk a tetszőleges beállíthatóságot, miközben a mérőelem (deformálódó test), az optikai leképezőrendszer és a fotoelektromos vevő közötti relatív helyzetváltozások nem befolyásolják a jelkészletnek a mérési tartományhoz való hozzárendelését, és a hajlítólemez elcsavarodása nem befolyásolja a kimenő jelek közötti fáziskülönbséget. A berendezés lehetővé teszi, hogy a deformálódó test anyagaként ne áttetsző anyagot alkalmazzunk. A deformálódó test egyszerű felépítésű. Ezenkívül lehetőség van megtakarításra a deformálódó test értékes anyagának tekintetében, továbbá a mérési tartomány egyszerű változtatására, valamint arra, hogy optikai úton sarokterhelés függetlenséget érjünk el.

A találmánnyal olyan berendezést kívánunk létrehozni elsősorban digitális erőméshez, amely rövid mérési időket és nagy felbontóképességet biztosít és rossz üzemi feltételek mellett is pontosan működik.

A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldjuk meg, hogy egy villaalakúra kiképzett deformálódó testen egy billenéstől független interferométert helyezünk el.

A deformálódó test gyűrű- vagy keretrugó alakjában is kiképezhető.

A villaalakú deformálódó test egy hajlítással szemben merev alaptestből, és egy vagy több hajlítólapból áll, továbbá az alaptest egy helyen szilárdan rögzítve van egy állványban.

Az alaptestet és a hajlítólapot egyszerű módon egy darabból, például jó minőségű rugóacélból vagy kvarcból készítjük.

A deformálódó test értékes anyagával kapcsolatban többféle lehetőség van a megtakarításra. Így vagy csak a hajlítólapot készítjük értékes anyagból, és ezt szilárdan összekötjük a hajlítással szemben merev alaptesttel, vagy a hajlítólapokba járulékos közbenső részeket illesztünk be, amelyek úgy vannak kialakítva, hogy a deformálódó mozgás legnagyobb részét· felveszik. Az utóbbi esetben csupán a közbenső részeket kell az értékes deformálódó anyagból előállítani. Különösen előnyös az, ha a közbenső részeket kristályos kvarcból, az alaptestet, valamint a hajlítólapokat pedig kovaanyagból állítjuk elő.

Ha több hajlítólemez van elhelyezve, akkor a hajlítólapokat szabad végeiken egy csatolóelemmel egymással szilárdan összekötjük. A mérendő erő az egyik külső hajlítólapra vagy a csatolóelemre hathat.

A több hajlítólappal rendelkező elrendezésnél a hajlítólapokat egyidejűleg párhuzamos vezetőrudakként lehet alkalmazni az erőbevezető rendszerhez. A terhelő oszlop itt közvetlenül a hajlítólapokra van illesztve. Az erőt az egyik érintkezési helyen visszük át a deformálódó testre. Ezt a helyet úgy kell kialakítani, hogy nyomatékot ne vigyünk át. A másik helyen a terhelő oszlop egy kinematikai vezetéken át illeszkedik egy hajlítólapra. A kinematikai vezetéket úgy kell kialakítani, hogy lehetőleg csak elhanyagolhatóan kis nyomatékot vigyen át.

A hajlítólap billenésre invariáns reflektorának a hajlítólap befogási helyétől mért távolságának változtatásával beállítható a kívánt mérési tartomány.

Több terhelő oszlop különböző távolságokban való alkalmazásával a mérleg serpenyőjének áthelyezésével egyszerű módon több tartományú erőmérő rendszer valósítható meg.

A deformálódó testtel szilárdan össze van kötve

-2182657 egy ismert felépítésű billenésre invariáns interferométer optikai részeinek sorozata. Például egy Michelson-interferométer alkalmazható, amelynek interferométer karjában billenésre invariáns reflektorokkal (például prizmákkal) sugárfordítás hajtható végre. Az optikai osztó, a két interferométer tükör, valamint egy reflektor szilárdan össze van kötve az alaptesttel. Az interferométer tükör előnyösen az optikai osztón van rögzítve, mivel ez gyártástechnikailag könnyen megvalósítható, és robosztus felépítésű. A másik reflektor a hajlítólapon van rögzítve. A hajlítólapnak az erő következtében történő meghajlásakor csak az optikai út hosszúság változik az interferométerkaron, de nem változik a reflektorra beeső sugarak és a reflektorról visszavert sugarak iránya. Az interferenciacsíkok távolságát az optikai osztón rögzített két interferométer tükör szöghelyzete határozza meg.

Egy monokromatikus fényforrás és egy kondenzor segítségével az optikai osztóra párhuzamos monokromatikus fényt vezetünk. Az optikai osztó a fényt két nyalábra osztja fel. A két nyalábot a reflektorok visszatérítik, és az osztókockán rögzített interferométer tükrökre vezetik, amelyek reflektálják a fénynyalábokat, amelyek még egyszer áthaladnak a reflektorokon, majd az optikai osztóban ismét egyesülnek és interferálnak. A hajlítólapnak a fellépő erő következtében történő meghajlásakor változik az interferáló nyalábok közötti útkülönbség, és az interferenciacsíkok elvándorolnak. A mérési értékváltozáskor elmozduló interferenciacsíkok száma a hajlítólap reflektorának a hajlítási középponttól mért távolságától függ.

Egy objektív az interferenciacsíkokat a fotoelektromos vevőkre képezi le. Az fotoelektromos vevőket csupán az interferenciacsíkokra merőleges irányban kell beállítani, hogy megkapjuk a kívánt fáziskülönbségeket. Az inkrementálási eljárás megvalósításához az interferenciaképet két, fázisban 90 fokkal eltolt helyen fotoelektromosan letapogatjuk.

A sarokterhelési érzékenység korlátozásához a két reflektor a két hajlítólapon, az y—ϊ síkkal párhuzamos síkban, a koordináták kezdőpontjához viszonyítva átlósan van elhelyezve. A reflektorokat a lehető legközelebb kell elhelyezni a csatolóelemhez, a csatolóelem felöl nézve a hajlítócsuklók előtt.

A találmány tárgyát kiviteli példák és rajzok alapján ismertetjük részletesebben. A rajzokon az

1. ábra elrendezés alaptesttel és egy hajlítólappal, a

2. ábra elrendezés alaptesttel és két hajlítólappal és a

3. ábra az interferométer alkatrészeinek elrendezése a sarokterhelési érzékenység kiküszöböléséhez.

Az 1. ábra szerint a deformálódó test a hajlítással szemben merev 6 alaptestből, a 7a hajlítólapból és a szilárdan beillesztett 8 közbenső részből áll. A 6 alaptest és a 7a hajlítólap kovaanyagból, míg a 8 közbenső rész kristályos kvarcból áll. A 8 közbenső részbe egy horony van bemarva, úgyhogy ez a rész veszi fel az F erő deformáló hatásának legnagyobb részét. A 6 alaptest egy helyen a 9 állványban van rögzítve. A 6 alaptesttel a 3 optikai osztó és a billenésre invariáns 4

5b reflektor szilárdan össze van kötve. A 3 optikai osztón van elhelyezve a 4a és 4b interferométer tükör. Az 5a reflektor szilárdan össze van kötve a 7a hajlítólappal. A monokromatikus 1 fényforrás és a 2 kon5 denzor segítségével párhuzamos monokromatikus fényt vezetünk a 3 optikai osztóra. A 3 optikai osztón a fény két résznyalábra osztódik. A két résznyalábot az 5a és 5b reflektorokkal megfordítjuk, és a 4a és 4b inteferométer tükrökre vetítjük, ahol a fénynyalábok reflektáló lódnak, még egyszer áthaladnak az 5a és 5b reflektorokon, majd a 3 optikai osztón ismét egyesülnek és interferálnak. A 11 objektív segítségével az interferenciajelenséget a fotoelektromos 12 vevőre vetítjük. A 12 vevők után a 13 impulzusformáló fokozat és egy 14 előre-vissza számláló van kapcsolva. Az F erőt a 20 mérlegserpenyőből, a 10 terhelő oszlopból, a 18 párhuzamos vezetőrúdból és a 19 csatolóelemből álló erőbevezető rendszeren át a 7a hajlítólapra adjuk. Az F erő növekedésével a 7a hajlítólap meghajlik, és a foto20 elektromos 12 vevőkön az interferenciacsíkok elvándorolnak. A 14 előre-vissza számláló számlálja az áthaladó interferenciacsíkok számát, és ez a szám közvetlenül jellemzi az F erő nagyságát.

A 2. ábra szerint a 7b hajlítólapok végei a 15 csatoló25 elemen át vannak összekötve. Az interferométer optikai építőelemei ugyanúgy vannak elrendezve, mint az

1. ábra szerinti kivitelnél. A fotoelektromos kiértékelés is ugyanazon a módon történik. A 10 terhelőoszlopon át az F erőt egy 17 talpcsapágy segítségével az alsó 7b hajlítólapra visszük át. A felső 7b hajlítólapra a 10 terhelő oszlop a kinematikai 16 vezetéken át csatlakozik. A felső és az alsó 7b hajlítólapok egyidejűleg a 18 párhuzamos vezetőrudat alkotják. A választott példában két 10 terhelő oszlopot alkalmazunk. A 20 mérlegserpenyő áthelyezésével így kéttartományú erőmérőrendszer keletkezik.

A 3. ábrán a 2. ábra A—A vonala mentén vett metszet látható, ahol az interferométer optikai része másképpen van elrendezve. Ebben a speciális elrendezés40 ben, amelynek célja a sarokterhelési érzékenység kiküszöbölése, az egyik 5a reflektor az alsó 7b hajlítólapon, és a másik 5b reflektor a felső 7b hajlítólapon van rögzítve. Az 5a, 5b reflektorok az y—z síkkal párhuzamos síkban vannak elhelyezve a koordináta rendszer kezdőpontjához viszonyítva átlósan, és x irányban a lehető legkisebb távolságra vannak a 15 csatolóelemektől. A sugár eltérítéséhez az egyik interferométerkarban egy további 21 tükör van elhelyezve.

Claims (10)

1. Szabadalmi igénypontok:

   1. Berendezés, különösen digitális erőméréshez, amely deformálódó testből, optikai osztóval rendel55 kező interferométerből, rögzített, illetve mozgatható, billenésre invariáns reflektorból, monokromatikus fényforrásból, optikai rendszerekből, fotoelektromos vevőkből, impulzusformáló fokozatokból és előre-viszsza számlálókból áll, azzal jellemezve, hogy egydarab60 ból készített deformálódó test, amely például kvarc-

   -3182657 ból van, egy hajlítással szemben merev és állványban (9) rögzített alaptestet (6) tartalmaz, amelyen egy optikai osztó (3) és interferométer tükrök (4a, 4b), valamint egy billenősre invariáns reflektor (5b) van rögzítve, továbbá a mérendő erőt (F) felvevő hajlítólapot (7a) tartalmaz, amelyen egy reflektor (5a) van rögzítve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a deformálódó test az alaptestből (6) és több hajlítólapból (7b) áll, továbbá a hajlítólapok (7b) szabad végeiken egy csatolóelem (15) segítségével egymással szilárdan össze vannak kötve.
3. 3. A 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az erő (F) támadáspontja az egyik hajlítólapon (7b) helyezkedik el.
4. 4. A 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az erő (F) támadáspontja a csatolóelemen (15) helyezkedik el.
5. 5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az alaptest (6) és csatolóelem (15) kovaanyagból és a hajlító lapok (7a és 7b) kristályos kvarcból állnak.
6. 6. Az 1—5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kovaanyagból álló hajlítólapokba (7a és 7b) értékes deformálódó anyagból, például kristályos kvarcból készült közbenső rész (8) van beillesztve.
7. 7. A 2—6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a terhelő oszlop (10) a felső hajlítólaphoz (7b) egy kinematikus vezetékkel (16), és az alsó hajlítólaphoz (7b) egy nyomatékmentes csatoláson át kapcsolódik.
8. 8. A 2—7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az x irányban meghatározott távolságokban több terhelő oszlop (10), valamint csatlakozóhely van elrendezve.
9. 9. Az 1—8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az interferométer tükrök (4a és 4b) szilárdan össze vannak kötve az optikai osztóval (3).
10. 10. A 2—9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy egy billentésre invariáns reflektor (5a) az alsó hajlítólapon (7b), és egy második billenésre invariáns reflektor (5b) a felső hajlítólapon (7b) van elhelyezve, továbbá a reflektorok (5a és 5b) az y—z síkkal párhuzamos síkban, a koordináták kezdőpontjához viszonyítva átlósan, a csatolóelemtől (15) x irányban mérve a minimális lehetséges távolságban vannak elhelyezve.