SE453225B - Forfarande och anordning for noggrann metning av en vridningsvinkel - Google Patents

Description

4ss_22s anordnat att avge en signal, bestående av motsvarande pulser.

Problemet är, att det kan vara svårt att åstadkcnma en absolut jäxnn delning av cirkelringen, så att längden av pulserna kan variera något. Detta kan nan i och för sig konpensera genom att göra en motsvarande kalibrering, varvid ett förenáls vridnings- vinkel nåts ned någon referensmetod, t.ex. medelst laserinter- ferens under statiska förhållanden. Därvid gäller det dock en- bart kalibrering av vridningsvinkel i relation till antalet hela pulser, eller snarare de motsvarande hela perioderna. Varje ' ~ sådan period kan enligt en känd metod delas upp i ett fast an- tal depulser medelst en oscillator. Denna metod tar dock ej hänsyn till, att de nämnda perioderna kan avvika något i tidsmått. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkonma ett förfarande av det inledningsvis nämnda slaget, vilket utznärkes av synnerligen stor noggrannhet. Ekiligt uppfinningen utmärkes ett sådant för- farande av att i en datorenhet ' - en första räknare R1 bringas att räkna den första signalens S1 pulser, d.v.s. perioder för 'varje rortatíonsvarv av föranàlet, - en andra räknare Rz bringas att räkna den andra signalerna S2 pulser för varje æriod i den första signalens S1, vid en första (a) resp. andra (b) inpuls av signalen S3, ett första minne M1 bringas att lagra antalet S1-pulser (=M1a resp. M1b), ett andra minne M2 bringas att lagra summan av antalet SZ-pulser (= Mza resp. Mzb), ett tredje minne M3 bringas att, vid första periodslut i signalen S1 efter den nämnda första resp. andra irrpulsen av signalen S , lagra sunrnan av Sz-palser under en Sï-periofi (= M3a resp. M3b), - en beräkningsenhet Bl bringas att ur M1b + M2b/M3b - M1a - MZa/MBa beräkna ett värde V1, relaterat till den mätta vrid- ningsvinkeln.

Ett sådant förfarande tar hänsyn till att pulserna från pulsgi- varenheten kan ha något varierande periodläxmgd, så att den av oscil- latorn åstadkanra finindelningen av perioderna verkigen blir korrekt. I en föredragen utföringsform av en anordning för ge- nomförande av förfarandet innefattar pulsgivarermheten 453 225 - en i sitt plan roterbar skiva, vilken i en gencmsynlig cir- kelring är försedd med ett stort antal väsentligen jämt för- delade, radiella ogencrnsynliga ytelanent, - en strålningskälla, så riktande sin strålning mot den nämnda cirkelringen, att ett detektororgan enottar strålningspuilser, uppkcrma vid strålningens passage av cirkelringen, varvid detek- tororganet är anordnat att omvandla dessa strâlningspulser i den nämnda första signalen S1.

En sådan pulsgivarenhet kan ytterligare förbättras, genom att första och andra spegelorgan är anordnade att återföra strål- ningen, som passerat genom den nämnda cirkelringen, genom den- sanma, till att träffa det nämnda detektororganet. Härigenom minskar pulsperioden till hälften, d.v.s. pulsfrelcvensen ökar till det dubbla. ' Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka, såsom exempel: Fig. 1 visar ett blockschezna av en anordning enligt uppfin- ningen, Fig. 2 visar ett diagram över anplitud/tid för signalerna S1, S2 och S3 Fig. 3 visar ett blockschema av en datorenhet enligt uppfinningen, Fig. 4 visar en del av en pulsgivarenhet enligt uppfinningen, schematiskt, sedd uppifrån, medan Fig. 5 visar sanrna enhet som fig. 4, men sedd från sidan, Som framgår av fig. 1 är ett roterande föremål 1 via en axel 2 kopplat till en pxilsgivarenhet 3. Detta innebär, att den se- nare står i bestzänd vridningsvinkelrelation till föremålet, och alstrar pulser med en första frekvens f1 i beroende av före- nrålets rotation, vilka avges i form av en första signal S1, vilken företrädesvis är cmforrrad till ett fyrkantspulstnåg.

En oscillator 4 alstrar pulser med en frekvens fz, vilken är väsentligt större än 131 och avger dessa i form av en andra signal S2 företrädesvis i form av ett fyrkantspulstâg. 453 225 En rnätsignalgivarermet 5 söker av föremâlets vridníngsläge, t.ex. på optisk väg, och avger en tredje signal S3 indikerande tidpunkter för pábörjande och avslutande av en vridningsvinkel- mätning.

Dessa tre riärnnda signaler S1, S2 och S3 införes till en dator- enhet 6, vilken innefattar en första och andra räknare Rï och Rz, vidare ett första, andra och tredje minne M1, M2 och M3 samt en beräkningsenhet 81, vilket framgår av fig. 3. Den första ~ räknaren R, är anordnad att räkna den första signalens pulser, d.v.s. perioder för varje rotationsvarv av föremålet 1. Den andra räknaren Rz är anordnad att räkna den andra signalens S2 pulser för varje period i den första signalen S1.

Minnet M1 lagrar, vid en första (a) resp. en andra (b) ixnpuls av signalen S3 sumnan av antalet SI-pulser (=êd1a resp. Mïb), medan minnet M2 lagrar sunrnan av antalet Sz-pulser (=M2a resp.

Mzb) . Minnet M3 lagrar, vid första periodslut i signalen S1, efter den nämnda första resp. andra ixrpulsen av signalen S3, summan av Sz-pulser under en S1-period (=l~'l3a resp. M3b).

Em beräkningsenhet H1 beräknar med ledning av M1b + M2b/t-i3b- M1a - M2a/M3a ett värde V1, vilket är relaterat till den rnätta vridníngsvirxlceln.

Mätningsmetodiken framgår tydligare ur fig. 2.

Signalen S1 visas med tvà hela perioder, n+1 och n+2. Det fram- går att den senare perioden är något längre än den förra, så att perioden n+1 motsvarar 8 perioder av signalen S2 och perioden n+2 motsvarar 9 perioder av signalen S2.

En första impuls (a) erhålles från rnätsignalgivarenheten vid tidpunkten t] . Därvid överförs från R, smmxan av antalet Sï-pul- ser, = n, till rninnet M1, så att Mïa = n. Från Rz överförs sum- man a- antalet Sz-pulser till M2, så att Mza = 3. Vid första 453 225 periodslut i signalen S1, d.v.s. då perioden n+1 är konplett, överförs sunman av S2 pulser under den perioden till minnet M3, sä att M3a = 8.

Pâ notsvarande sätt överförs vid en andra impuls (b) från :nät- signalgivarenheten vid tidpunkten tz en sunma från R1 till M1, så att M1b = n+1, och en sunma från 112 till M2, så att Mzb = 7.

Till nlinriet M3 förs vid periodslutet i S1 sunman av Sz-pulser, så att M3b = 9.

V1, relaterat till den rnätta virdningsvinkeln erhålles så med hjälp av beräkningsexwlxeten B1 = M1b + M2b/M3b - M1a - Mza/Mae, så att V1 i detta fall = 1 29/72. Biheten är tydligen perioden i signalen S1. Denna beror på utformningen av pdlsgivarenlxeten.

I figur 4 och 5 visas en föredragen utföringsform av en sådan pulsgivarenhet. En cirkelskiva 7, är roterbar kring en axel 2, vilken i detta fall är direkt förbunden med ett roterande före- nål 1. Det bör observeras, att vridningsvinkelrelationen mellan ett roterande förenål och pulsgívarenheten kan vara av en nång- fald olika slag. Så kan mer eller mindre sofistikerade optiska konstruktioner förekonma, alltefter den precisionsgrad, som eftersträvas. Cirkelskivan 7 är i sin periferi utförd med en genomsynlig cirkelring 8, vilken är försedd med ett stort antal radíella ogenonsynliga ytelexnent, d.v.s. streck 9, av vilka endast ett fåtal har antytts i figur 4. En stràlningskälla 10' riktar sin strålning, vilken t.ex. kan ligga inom IR-oxnrådet, vinkelrätt gencm cirkelringen 8. Den pulserande strålning, som passerar cirkelringen, reflekteras av ett första och andra spegelorgan Ha, 'Hb tillbaka gencm en annan del av cirkel- ringen, och när en detektor, som ingår i en pulsgivarerfliet 3.

Från denna avgår så en signal S1.

Den strålning, som når detektorn, uppvisar approximativt sinus- form, och med elektroniska hjälgnedel omvandlas den från puls- givarenheten 3 till datorenheten 6 avgivna signalen S1 till en fyrkantsvàg med mycket korta stig- och falltíder. Signalen S1 kommer på detta sätt att få den form, som visas i fig. 1 och 2. 453 225 Frekvensen för signalens S1 beror givetvis pâ skivans 7 varvtal och antalet delningar, d.v,s. radiella ytelement i dess cirkel- ring 8. Om varvtalet t.ex. är 10 varv/sek och 104 delningar förekommer, blir frekvensen i detta fall = 2 x 104 x 10 = 2 x TGS/sek = f1 = 200 kHz. (Faktorn 2 uppkommer p.g.a. strålningens dubbla passage av skivan 7). I det rnätningsexerrpel, som återges i fig. 2, beräknas V1 = 1 29/72 med signalens S1 period som enhet. Om en pulsgívarermet av det slag som just beskrivits använts, kommer sålunda en S1period att motsvara 5 x 10-5 x 2 radianer. I det exempel, sun visas i fig. 2, är oscillatorns frekvens fz endast = 8 f1, vilket valts av åskâdlighetsskäl.

I praktiken bör f2 väljas betydligt större, t.ex. = 200 fï.

Därigenom blir således SI-perioderna (i medeltal) indelade i 200 delar, och rrätprecisionen har gencxn uppfinningen, som tar hänsyn till Sï-pe-riodernas orgelbundenhet blivit väsentligt förbättrad, jämfört med hittills förekommande teknik.

Förfararxdet enligt uppfinningen är tillämpbart i sådana sanman- hang, där en noggrann mätning av ett roterande föremâls vrid- ningsvinkel krävs. Såsom exempel kan nämnas ett förfaringssätt och en apparat för beröringsfri och noggrann kontrollmätning av maskindelar, som avses i en samtidigt inlämnad svensk patent-_ ansökning. Detta förfarande avser särskilt noggrann mätning av axlar med bearbetade lagerytor, såsom vevaxlar till fordonsmoto- IEI.

I en motsvararxde apparat mätes en laserlobs läge i ett rnätplan rnedelst ett optiskt system, i vilket ingår en polygonspegel, fast kopplad till en pulsgivarenhet av det slag som beskrives i föreliggande patentansökning. Dessutom bestänmes vinkelläget hos den roterande maskindelen, i detta fall vevaxeln, med hjälp av ett förfarande och en apparat enligt föreliggande uppfinning, vilken givetvis är tillärnpbar inom en mångfald områden av mät- tekniken.

Claims (1)

1. 453 225 Patentkrav Förfarande för noggrann mätning av vridningsvinkeln hos ett kring en första symmetriaxel med väsentligen konstant rota- tionshastighet roterande föremål, innefattande förfarings- stegen, att - en pulsgívarenhet, vilken står i en bestämd vridnings- vinkelrelation till föremålet, bringas att avge en Första signal S1 bestående av pulser med en första frekvens f1 i beroende av föremålets rotation, - en oscillator bringas att avge en andra signal S2 bestå- ende av pulser med en andra frekvens fz, vilken är väsent- ligt större än f1, - en mätsignalgivarenhet bringas att avge en tredje signal S3, indikerande tidpunkter för påbörjande resp. avslutande av åtminstone en vridningsvinkelmätning under föremålets rotation k ä n n e t e c k n a t av att i en datorenhet - en första räknare (R1) bringas att räkna den första signa- lens S1 pulser, d.v.s. perioder för varje rotationsvarv av föremålet, ~ en andra räknare (R2) bringas att räkna den andra signalens 52 pulser för varje period i den första signalen S1, vid en första (a) resp. andra (b) impuls av signalen S3, ett första minne (M1) bringas att lagra antalet S1-pulser = M1a resp. M1b, ett andra minne (M2) bringas att lagra summan av antalet S2-pulser :Mza resp. Mzb, ett tredje minne (M3) bringas att, vid första periodslut i signalen S1 efter den nämnda första resp. andra impulsen av signalen S3, lagra summan av S2-pulser under en S1-period =M3a resp. Mjb, - en beräkningsenhet B1 bringas att ur M1b + Mzb/Mzb - M1a- Mza/Mja beräkna ett värde V1, relaterat till den mätta vridningsvinkeln. Anordning för noggrann mätning av vridningsvinkeln hos ett kring en första symmetriaxel med väsentligen konstant ro- 453 225 tationshastighet roterande föremål (1), enligt krav 1, inne- fattande - en pulsgivarenhet (3), vilken står i en bestämd vrid- ningsvinkelrelation till föremålet (1), vilken är anord- nad att avge en Första signal S1 bestående av pulser med en Första Frekvens F1 i beroende av föremålets rotation - en oscillator (ü), anordnad att avge en andra signal S2 bestående av pulser med en andra frekvens fz, vilken är väsentligt större än F1, - en mätsignalgivarenhet (5), anordnad att avge en tredje signal S3, indikerande tidpunkter för påbörjande och avslu- tande av åtminstone en vridningsvinkelmätning under före- målets rotation k ä n n e t e c k n a d av en datorenhet (6), innefattande - en första räknare (R1), anordnad att räkna den första signalens S pulser, d.v.s. perioder för varje rotationsvarv av föremålet, - en andra räknare (R2), anordnad att räkna den andra sig- nalens S2 pulser För varje period i den Första signalen S1, - ett första minne (M1), ett andra minne (M2) och ett tredje minne (M3), så anordnade, att vid en första (a) resp. andra (b) impuls av signalen S3, det första minnet (M1) lagrar summan av antalet Sf-pulser :M1a resp. M1h, det andra minnet (M2) lagrar summan av antalet Si-pulser :Mza resp. Mzb, det tredje minnet (M3) vid Första periodslut i signalen S1 efter den nämnda första resp. andra impulsen av signalen S3 lagrar summan av S2-pulser under en S1-period = M3a resp. M3h, - en beräkningsenhet 81, anordnad att beräkna ett värde V1, relaterat till den mätta vrídningsvinkeln, ur M1b + Mzb/M3b - M1a - Mza/M3a. Anordning enligt patentkrav 2 k ä n n e t e c k n a d av att den nämnda pulsgívarenheten (3) innefattar - en i sitt plan roterbar skiva (7), vilken i en genomsyn- lig cirkelring (8) är Försedd med ett stort antal väsent- 453 225 ligen jämnt fördelade, radiella ogenomsynliga ytelement (9) - en strålningskälla (10), så riktande sin strålning mot den nämnda církelringen (8), att ett detektororgan (3) emottar strålningspulser, uppkomna vid strålningens passage av cirkelríngen, varvid detektororganet (3) är anordnat att omvandla dessa strålningspulser i den nämnda Första sig- nalen S1. Anordning enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d av att Första och andra spegelorgan (11a, 11b) är anordnade att återföra den strålning, som passerat den nämnda cirkel- ringen (8) genom densamma, till att träffa det nämnda detektorganet (3).