CH647070A5 - Transducer for measuring force - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Messwandler zur Kraft- bestehen der Grundkörper, das drehbar gelagerte Teil, der messung. Reflektorhalter, der kippinvariante Reflektor, der optische The invention relates to a transducer for force - the base body, the rotatably mounted part, the measurement. Reflector holder, the tilt-invariant reflector, the optical
Es sind Vorrichtungen zur Kraftmessung bekannt, bei de- 40 Teiler sowie die zylinderförmige Schraubenfeder aus Materia-nen die zu messende Kraft auf einen Verformungskörper lien mit gleichem Ausdehnungskoeffizienten. Vorteilhafterwirkt. Die Deformation des Verformungskörpers, die nach weise werden der kippinvariante Reflektor und der optische verschiedenen Methoden gemessen werden kann, ist ein Mass Teiler aus optischem Quarz, jedoch der Grundkörper, das für die zu messende Kraft. Darunter gibt es auch Vorrichtun- drehbar gelagerte Teil und der Reflektorhalter aus Kieselgut gen, die die Deformation mittels eines interferentiellen Mess- 45 hergestellt. Devices for force measurement are known, in which the force to be measured is directed to a deformation element with the same coefficient of expansion in the case of dividers and the cylindrical helical spring made of materials. Works more advantageously. The deformation of the deformation body, which can be measured according to the tilt-invariant reflector and the different optical methods, is a mass divider made of optical quartz, but the base body, which is responsible for the force to be measured. Among them there are also non-rotatably mounted parts and the reflector holder made of silica material, which produces the deformation by means of an interferential measurement 45.
Verfahrens erfassen. Nach DD-PS 94 905 ist der Verfor- Das mit Hilfe der monochromatischen Lichtquelle und mungskörper so ausgebildet, dass er gleichzeitig als Interfero- des Kondensors erhaltene parallele Licht wird an einem Um- Record procedure. According to DD-PS 94 905, the deformation is designed with the aid of the monochromatic light source and body so that it is simultaneously received parallel light obtained as an interferometer of the condenser at a
meter wirkt. In dieser Vorrichtung treten interferentielle lenkprisma umgelenkt und passiert eine Teilerplatte des opti- meter works. In this device, interferential steering prism is deflected and passes through a divider plate of the optic
Drehstreifen auf, deren Abstand in der in dieser obengenann- sehen Teilers. Das entsprechend dem Verspiegelungsgrad ten DD-PS 94 905 beschriebenen y-Richtung sich in Abhän- so durchgelassene Bündel reflektiert am kippinvarianten Reflek- Turn strips on, their distance in the divider mentioned in this above. The y-direction described in accordance with the degree of mirroring according to DD-PS 94 905 is reflected in the bundle that is let through, and is reflected on the tilt-invariant reflective element.
gigkeit vom Wert der Messgrösse ändert. tor und durchtritt die andere Teilerplatte des optischen Tei- the value of the measured variable changes. gate and passes through the other divider plate of the optical part
Nachteilig ist dabei, dass bei Unterschreitung eines Min- lers. Ein Teilbündel wird an dieser Teilerplatte durchgelassen destwertes des Abstandes keine fotoelektrische Auswertung und ein Teilbündel wird reflektiert. Das reflektierte Teilbün-mehr erfolgen kann. del durchläuft den kippinvarianten Reflektor, reflektiert an Nach WP G 01 L/206 632 wurde eine Kraftmessvorrich- 55 der ersten Teilerplatte, durchläuft den kippinvarianten Re-tung vorgeschlagen, bei der an einem gabelförmig gestalteten flektor erneut und kommt mit dem durchgelassenen Teilbün-Verformungskörper ein kippinvariantes Interferometer ange- del zur Interferenz. Die Interferenzstreifen werden durch ein bracht ist. Die zu messende Kraft greift an einem Schenkel, optisches Abbildungssystem auf fotoelektrische Empfänger der in Form einer Biegeplatte ausgebildet ist und an dem ein abgebildet. Die zu messende Kraft, die an dem drehbar gela-Tripelprisma befestigt ist, an. Die maximal mögliche Durch- so gerten Teil angreift, bewirkt eine Deformation der zylinder-biegung der Biegeplatte bestimmt das erreichbare Auflö- förmigen Schraubenfeder und eine entsprechende Verlagesungsvermögen. rung des kippinvarianten Reflektors. Die Anzahl der Interfe-Bei einer fest vorgegebenen Geometrie der Biegeplatte renzstreifen, die ein direktes Mass für die zu messende Kraft wird das Auflösungsvermögen somit von der zulässigen Bie- ist, wird mit Hilfe fotoelektrischer Empfänger, Impulsformer-gespannung des Materials begrenzt. Ausserdem wurde ein fer-65 stufen sowie eines Vor-Rückwärts-Zählers in bekannter Wei-tigungstechnisch für ein Betriebsmessgerät noch zu aufwendi- se erfasst. The disadvantage here is that when a miner is undershot. A sub-bundle is passed through this dividing plate, the minimum value of the distance, no photoelectric evaluation and a sub-bundle is reflected. The reflected sub-beam can be done more. del passes through the tilt-invariant reflector, reflects on According to WP G 01 L / 206 632, a force measuring device 55 of the first divider plate, passes through the tilt-invariant direction, is proposed again with a fork-shaped reflector and arrives with the let-through part-bend deformation body tilt-invariant interferometer tied to interference. The interference fringes are brought in by one. The force to be measured engages on one leg, optical imaging system on photoelectric receiver which is designed in the form of a bending plate and on which one is imaged. The force to be measured, which is attached to the rotating gela triple prism. The maximum possible penetration of the part causes a deformation of the cylinder bend of the bending plate, determines the achievable Auflö-shaped coil spring and a corresponding displacement capacity. tion of the tilt-invariant reflector. The number of interfaces - With a fixed geometry of the bending plate, which is a direct measure of the force to be measured, the resolving power is thus limited by the permissible bending, is limited with the help of photoelectric receivers, pulse shaper voltage of the material. In addition, a fer-65 stage and a forward-backward counter were still too expensive to be recorded in a known manner for an operational measuring device.
ges Interferometer verwendet. Da Biegegelenk und Interfero- Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels nä- interferometer used. Since the flexible joint and interfero-
meter räumlich relativ weit voneinander angeordnet sind, her erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt: meters are spatially relatively far apart, are explained here. The accompanying drawing shows:
3 3rd
647 070 647 070
Fig. 1 : Seitenansicht des Messwandlers Fig. 2: Zylinderförmige Schraubenfeder Entsprechend Fig. 1 ist der Grundkörper 1 im Gestell 15 fest gehaltert. Mit dem Grundkörper 1 fest verbunden sind das eine Ende der zylinderförmigen Schraubenfeder 3, die Teilergrundplatte 6a, die monochromatische Lichtquelle 7, der Kondensor 8, das Umlenkprisma 9, das optische Abbildungssystem 10 sowie der Halter 11 für die fotoelektrischen Empfänger 12. Das andere Ende der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 ist fest am drehbar gelagerten Teil 2 angebracht. Dieses Teil 2 ist mittels des Drehgelenkes 16 drehbar im Grundkörper 1 gelagert. Ausserdem ist am Teil 2 der Reflektorhalter 4, der der Halterung des kippinvarianten Reflektors 5 dient, befestigt. Der optische Teiler besteht aus der Teilergrundplatte 6a und zwei an dieser Teilergrundplatte 6a angesprengten Teilerplatten 6b und 6c. Die freien Oberflächen der Teilerplatten 6b und 6c sind teilverspiegelt und die Normalen auf diesen Oberflächen schliessen miteinander einen kleinen Winkel a ein. Das Interferometer, bestehend aus dem optischen Teiler und dem kippinvarianten Reflektor 5, ist innerhalb der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 so angeordnet, dass der Abstand des Lichtstrahles B, der in die Würfelecke des kippinvarianten Reflektors 5 trifft, vom Drehgelenk 16 gleich dem Abstand der Symmetrieachse A der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 vom Drehgelenk 16 ist. Grundkörper 1, drehbar gelagertes Teil 2 und Reflektorhalter 4 sind aus Kieselgut hergestellt. Der kippinvariante Reflektor 5 und der optische Teiler bestehen aus optischen Quarz. Die zylinderförmige Schraubenfeder 3 besteht aus kristallinem Quarz. Fig. 1: Side view of the transducer Fig. 2: Cylindrical helical spring According to Fig. 1, the base body 1 is fixed in the frame 15. Fixed to the base body 1 are one end of the cylindrical coil spring 3, the divider base plate 6a, the monochromatic light source 7, the condenser 8, the deflection prism 9, the optical imaging system 10 and the holder 11 for the photoelectric receiver 12. The other end of the cylindrical coil spring 3 is fixedly attached to the rotatably mounted part 2. This part 2 is rotatably mounted in the base body 1 by means of the swivel joint 16. In addition, the reflector holder 4, which serves to hold the tilt-invariant reflector 5, is fastened to part 2. The optical divider consists of the divider base plate 6a and two divider plates 6b and 6c which are blasted onto this divider base plate 6a. The free surfaces of the divider plates 6b and 6c are partially mirrored and the normals on these surfaces form a small angle a with one another. The interferometer, consisting of the optical divider and the tilt-invariant reflector 5, is arranged within the cylindrical coil spring 3 so that the distance of the light beam B, which strikes the cube corner of the tilt-invariant reflector 5, from the swivel joint 16 is equal to the distance of the axis of symmetry A is cylindrical coil spring 3 from the hinge 16. Base body 1, rotatably mounted part 2 and reflector holder 4 are made of gravel. The tilt-invariant reflector 5 and the optical divider consist of optical quartz. The cylindrical coil spring 3 consists of crystalline quartz.
Nach Fig. 2 besteht die zylinderförmige Schraubenfeder 3 5 aus einem Quarzrohr mit eingefräster Nut. Das durch den Kondensor 8 parallel gerichtete monochromatische Licht wird am Umlenkprisma 9 um 90° umgelenkt und passiert die Teilerplatte 6c. Das entsprechend dem Verspiegelungsgrad durchgelassene Bündel reflektiert am kippinvarianten Reflek-lo tor 5 und durchtritt die Teilerplatte 6b. Ein Teilbündel wird an der Teilerplatte 6b durchgelassen und ein Teilbündel wird reflektiert. Das reflektierte Teilbündel durchläuft den kippinvarianten Reflektor 5, reflektiert an der Teilerplatte 6c, durchläuft den kippinvarianten Reflektor 5 erneut und 15 kommt mit dem durchgelassenen Teilbündel zur Interferenz. Die Interferenzstreifen werden durch das optische Abbildungssystem 10 auf die fotoelektrischen Empfänger 12 abgebildet. 2, the cylindrical coil spring 3 5 consists of a quartz tube with a milled groove. The monochromatic light directed in parallel by the condenser 8 is deflected by 90 ° at the deflection prism 9 and passes through the divider plate 6c. The bundle that is let through according to the degree of mirroring reflects on the tilt-invariant reflector 5 and passes through the divider plate 6b. A sub-bundle is passed through the divider plate 6b and a sub-bundle is reflected. The reflected partial bundle passes through the tilt-invariant reflector 5, reflects on the divider plate 6c, passes through the tilt-invariant reflector 5 again and 15 comes to interference with the passed partial bundle. The interference fringes are imaged on the photoelectric receivers 12 by the optical imaging system 10.
20 Die zu messende Kraft F, die am drehbar gelagerten Teil 2 angreift, bewirkt eine Deformation der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 und eine entsprechende Verlagerung des kippinvarianten Reflektors 5. Die Anzahl der Interferenzstreifen, die ein direktes Mass für die zu messende Kraft ist, 25 wird mit Hilfe fotoelektrischer Empfanger 12, Impulsformerstufen 13 sowie eines Vor-Rückwärts-Zählers 14 erfasst. 20 The force F to be measured, which acts on the rotatably mounted part 2, causes a deformation of the cylindrical coil spring 3 and a corresponding displacement of the tilt-invariant reflector 5. The number of interference fringes, which is a direct measure of the force to be measured, becomes 25 With the help of photoelectric receiver 12, pulse shaper stages 13 and an up-down counter 14 detected.
C C.
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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