DE2746369A1

DE2746369A1 - Winkelanzeigevorrichtung oder tachometer

Info

Publication number: DE2746369A1
Application number: DE19772746369
Authority: DE
Inventors: Lars A Bergkvist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1978-04-20
Also published as: SE7611510L; CA1125887A; US4172994A; GB1575967A; SU1034619A3; FR2368012B1; JPS5386240A; JPS6149606B2; FR2368012A1; SE402355B

Description

P/.TENT/.NWALTE 27 A 6 365?

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.

Lars A. Bergkvlst no-bk-11

13. Oktober 1977

Winkelanzeigevorrichtung oder Tachometer

Die Erfindung betrifft eine Winkelanzeigevorrichtung oder einen Tachometer bzw. Drehzahlmesser, bei denen die Winkelposition oder die Winkelgeschwindigkeit elektronisch angezeigt wird.

Bei bekannten Vorrichtungen zum Messen von Winkeln oder Winkelgeschwindigkeiten auf elektronische Art und Weise wird meist ein Rad bzw. eine Scheibe aus Metall mit Einschnitten am Umfang verwendet, bei der die metallischen Einschnitte oder Schlitze auf magnetische Weise elektrische Impulse über ein elektromagnetisches Bauelement liefern. Andererseits kann auch eine Scheibe bzw. ein Rad vorgesehen sein, dessen Umfang über den Gesamtumfang gleichmäßig verteilte magnetisierte Abschnitte und nicht magnetisierte

O-707 SCHWÄBISCH CMUND G&iciASANt S> IOoOtSnI Ί D-β MÖNCHEN Telefon: (07171) 56 90 Deutsche Bank MündKn 70/37 J49 (BLZ 700 700 10) Telefon: (019) 77 19 5t H SCHROETER Trlrgramme: Schroepat Schwäbisch Gmünd 02/00 5JJ (BLZ 613 700 ti) K LEHMANN Telegramm«: Schroepat Hocksgaix 49 Telex: 7241 161 pagd d PoKscheckkonto München 167941-104 LipowikyRraflc 10 Tel«: 5 212 241 ptwt d

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Abschnitte aufweist, wobei in einer elektromagnetischen Einrichtung bei der Drehbewegung des Rades elektrische Impulse erzeugt werden.

Bei diesen Einrichtungen kann im Hinblick auf die Winkellage des Rades eine größtmögliche Auflösung erzielt werden, die der Aufteilung in magnetisierte und nicht magnetisierte Abschnitte längs des Umfanges des Rades oder alternativ der Anzahl von Einschnitten bei einem mit Einschnitten versehenen Rad entspricht. Es gibt auch Scheiben bzw. Räder, die längs ihres Umfanges mit Schlitzen bzw. Einschnitten versehen sind, und bei denen Impulse bei der Drehbewegung des Rades auf optischem Wege erzeugt werden. Die zuvor dargelegten Ausführungen bezüglich der Einteilung und Unterteilung treffen auch auf derartige Vorrichtungen zu.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung derart auszubilden, daß sie insbesondere im Hinblick auf die Winkellage oder die Winkelgeschwindigkeit eines Rades beispielsweise eine wesentlich höhere Genauigkeit erzielt.

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Anzeigen einer Winkelposition oder einer Winkelgeschwindigkeit, die ein kreisförmiges Gebilde, wie zum Beispiel ein Rad, eine Scheibe oder dergleichen hat, das sich um einen Winkel oder mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, mit einem ersten Abschnitt eines Transmitters, der am Umfang des Rades liegt, und einem zweiten Abschnitt eines Transmitters, der ortsfest außerhalb des Rades angeordnet ist. Die ersten und zweiten Abschnitte des Transmitters umfassen ein oder mehrere Raster, die sich aus lichtundurchlässigen Linien zusammensetzen, die mit Hilfe von Leuchtlinien oder transparenten Linien abgeteilt sind. Diese beiden Abschnitte können sich während der Messung relativ zueinander bewegen, so daß sich jede lichtundurchlässige Linie auf einem der beiden Abschnitte re-

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Tr
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lativ zu einer benachbarten lichtundurchlässigen Linie auf dem anderen der beiden Abschnitte relativ in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der zuletzt genannten Linie bewegt, wobei beim Betrachten des Rasters des ersten Abschnittes durch das Raster des zweiten Abschnittes ein Interferenzmuster, ein sogenanntes Moire-Muster, entsteht. Ferner ist eine Leseeinrichtung zum optischen Abtasten und Ablesen des Interferenzmusters vorgesehen. Erfindungsgemäß zeichnet sich eine derartige Vorrichtung dadurch aus, daß das Raster des ersten Abschnittes eine Einteilung, d.h. eine Anzahl von lichtundurchlässigen Linien pro Längeneinheit in senkrechter Richtung zu den Linien aufweist, die von der Einteilung des Rasters dee zweiten Abschnittes verschieden ist, und daß die Leseeinrichtung so ausgelegt und bezüglich der Raster angeordnet ist, daß das auf einen lichtempfindlichen, der Leseeinrichtung zugeordneten Abschnitt auftreffende Interferenzmuster erzeugt wird, indem im wesentlichen paralleles Licht durch die Rasterelemente geht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung mit Blickrichtung parallel zur Scheibenachse,

Figuren 2 und 3 zeigen die Vorrichtung schematisch in Blickrichtung senkrecht auf die Scheibenachse,

Figur 4- zeigt die Vorrichtung mit einer Leseeinrichtung,

Figur 5 ist eine elektrische Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Anordnung zum Steuern der Winkelgeschwindigkeit, ^und 809816/0911

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Figur 7 zeigt die Vorrichtung nach der Erfindung in einer Anordnung zur Winkelmessung.

In Figur 1 ist ein kreisförmiges Gebilde, wie zum Beispiel ein Rad, eine Scheibe 1 oder dergleichen mit einer Achse 2 gezeigt.

Der Umfang 3 des Rades besitzt die Form eines Zylinders, längs dessen einem Rand der Mittelteil der Scheibe 1 angebracht ist. Der Umfang 3 der Scheibe 1 ist an seiner Außenfläche mit einem ersten Abschnitt eines Transmitters mit einem Raster 4 versehen. Vgl. hierzu ebenfalls die Figuren 2 und 3· Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nur einige Rasterstriche bzw. Rasterlinien θ gezeigt.

Parallel zu dem Umfang 3 der Scheibe 1 und außerhalb von diesem ist ein zweiter Abschnitt eines Transmitters mit einem oder mehreren Rastern 5 vorgesehen. Ferner ist eine Abfühl- bzw. Leseeinrichtung vorgesehen, die eine oder mehrere Leuchtdioden 6 oder dergleichen zum Beleuchten der Raster 4, 5 des Transmitters und ein oder mehrere Phototransistoren 7 oder dergleichen zum Aufzeichnen der Interferenzmuster umfaßt, die dann auftreten, wenn sich die Scheibe 1 und hiermit das Raster 4 des ersten Abschnittes relativ zu dem Raster 5 des zweiten Abschnittes bewegt. Die beiden Abschnitte, die mit Rastern 4, 5 versehen sind, und der Umfang 3 der Scheibe Λ bestehen vorzugsweise aus transparentem Kunststoff. Wenn sich zwei Raster, bestehend aus lichtundurchlässigen Linien 8, die durch Leuchtlinien oder transparente Zwischenräume abgeteilt sind, relativ zueinander bewegen, bilden sich Interferenzmuster, sogenannte Moire-Muster, wenn man ein erstes Raster durch ein zweites Raster betrachtet. In Abhängigkeit von der gegenseitigen Auslegung der beiden Raster können sich verschiedene Arten von Moire-Mustern bilden. Erfindungen gemäß sind die lichtundurchlässigen Linien 8 dem Raster 4-

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des ersten Abschnittes zugeordnet und diese verlaufen im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Umfanges der Scheibe 1. Die lichtundurchlässigen Linien 8, die dem Raster 5 des zweiten Abschnittes zugeordnet sind, liegen im wesentlichen parallel zu den Rasterlinien 8 des ersten Abschnittes. Wenn sich die Scheibe 1 und damit das erste Raster 4 dreht, und dieses sich somit senkrecht zu den Rasterlinien 8 auf dem zweiten Raster 5 bewegt, bildet sich ein Interferenzmuster aus wandernden breiten und dunklen bzw. unbeleuchteten Bändern 9» wenn man das erste Raster 4 durch das zweite Raster 5 betrachtet, was in Figur 2 gezeigt ist.

Nach der Erfindung sind die Raster so ausgebildet, daß das Raster 4 des ersten Abschnittes eine Einteilung, d.h. eine Anzahl von lichtundurchlässigen Linien 8 pro Längeneinheit in senkrechter Richtung zu den Linien 8 besitzt, die von der Einteilung des Rasters 5 des zweiten Abschnittes verschieden ist.

Diese unterschiedliche Einteilung erhält man vorzugsweise dadurch, daß die lichtundurchlässigen Rasterlinien 8 auf den beiden Abschnitten die gleiche Breite besitzen, und daß die Breite der Leuchtlinien oder transparenten Linien des Rasters 4 des ersten Abschnittes von der Breite des Rasters des zweiten Abschnittes verschieden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Jedoch sind die Breite der lichtundurchlässigen Linien 8 sowie die Breite der Leuchtlinien oder transparenten Linien in dem Rasters 4 des ersten Abschnittes verschieden von der Breite des Rasters 5 im zweiten Abschnitt.

Erfindungsgemäß sind die Raster 4, 5 weiterhin so ausgebildet, daß bei jedem Raster die Leuchtlinien oder transparenten Linien eine kleinere Breite als die lichtundurchlässigen Linien besitzen. Hierdurch erhält man ein scharfes

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Interferenzmuster. Wenn die Leuchtlinien oder transparenten Linien die gleiche oder eine größere Breite als die lichtundurchlässigen Linien aufweisen, erhält man ein relativ unscharfes Interferenzmuster, was eine ungenauere optische Ablesung zur Folge hat.

Wenn die Raster 4-, 5> wie zuvor beschrieben, ausgelegt sind, erhält man ein Interferenzmuster, das wie zuvor angegeben, wandernde breite, dunkle Bänder 9 umfaßt, wenn sich das Raster 4 der Scheibe 1 relativ zu dem Raster 5 des zweiten Abschnittes bewegt.

Die Wanderungsrichtung der breiten Bänder 9 hängt davon ab, welches der beiden Raster 4-, 5 die dichteste Einteilung hat. In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Raster 5 des zweiten Abschnittes eine dichtere Einteilung, d.h. eine größere Anzahl von lichtundurchlässigen Linien 8 pro Längeneinheit in senkrechter Richtung zu den Linien 8 als das Raster 4- des ersten Abschnittes aufweist. Demzufolge ergibt sich, daß die breiten Bänder 9 in der mit dem Pfeil 10 bezeichneten Richtung wandern, wenn sich die Scheibe in die mit dem Pfeil 11 bezeichnete Richtung dreht.

Wenn die Raster 4·, 5 des ersten und zweiten Abschnittes eine unterschiedliche Einteilung aufweisen, wandern die breiten Bänder 9 um einen Abstand, der größer als jener ist, der dem Abstand entspricht, um den sich der Umfang der Scheibe bewegt hat.

Es ergibt sich somit ein Verhältnis von dem Abstand, um den sich der Umfang 3 der Scheibe 1 bewegt und jenem der Bewegung beim Wandern der Bänder 9· Dies hat zur Folge, daß die Bewegung des Umfangs 3 der Scheibe 1 genauer mit Hilfe der Wanderung der breiten Bänder 9 abgefühlt werden kann, als wenn man direkt gegen den Umfang 3 der Scheibe 1 abliest, wie

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dies bei den zuvor beschriebenen, an sich bekannten Vorrichtungen der Fall ist.

Das so vorhandene Verhältnis hängt von dem Unterschied bezüglich der Einteilung der Raster 4, 5 des ersten und zweiten Abschnittes ab. Um ein großes Verhältnis zu erreichen, d.h., daß eine große Anzahl von breiten Bändern 9 während einer bestimmten Bewegung des Umfangs 3 der Scheibe 1 einen Punkt auf dem zweiten Raster 5 passiert, muß der Unterschied bezüglich der Einteilung zwischen den Rastern 4, 5 der beiden Abschnitte klein sein. Wenn beispielsweise die lichtundurchlässigen Linien 8 der Raster 4, 5 der beiden Abschnitte dieselbe Breite, beispielsweise 0,6 mm, und die dazwischen liegenden Leuchtlinien oder transparenten Linien bei einem Raster eine Breite von 0,5 mm und beim zweiten Raster eine Breite von 0,3 mm aufweist, erhält man ein Verhältnis in einer Größenordnung von ungefähr dem Zehnfachen, d.h. die breiten Bänder 9 scheinen über die Raster 4-, 5 um einen Abstand zu wandern, der zehnmal so groß wie der Abstand ist, um den sich der Umfang 3 bewegt. Dieses Ausführungsbeispiel verdeutlicht, daß mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung beim Messen der Bewegung des Umfangs 3 der Scheibe 1 eine wesentlich höhere Genauigkeit erzielt werden kann, als wenn man direkt auf dem Umfang 3 der Scheibe 1 mißt.

Wie zuvor erwähnt, wird das Interferenzmuster mit Hilfe einer oder mehrerer Leuchtdioden 6 und Phototransistoren 7 abgefühlt.

Bei einer Ausführungsform, bei der nur der erste und zweite Abschnitt entsprechend nur ein Raster aufweist, reichen eine Leuchtdiode 6 und ein Phototransistor 7 aus.

Gemäß einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung ist das Raster 4 des ersten Abschnittes auf dem Umfang 3 der Scheibe 1 mit transparenten .Lj-nien .zwischen den lichtundurch-

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lässigen Linien 8 versehen.

Die Scheibe 1 ist dann mit einem transparenten Umfang 3 versehen.

Bei dieser Ausführungsform ist oder sind die Leuchtdiode oder die Leuchtdioden, wenn mehrere Raster an einem oder beiden Abschnitten 4, 5 des Transmitters vorgesehen sind, zwischen dem Umfang 3 der Scheibe 1 und der Achse, wie in Figur 1 gezeigt, angeordnet. Der Phototransistor 7 oder die Phototransistoren, wenn mehrere Raster an einem oder beiden Abschnitten 4, 5 des Transmitters vorgesehen sind, ist oder sind an der Seite des Rasters 5 des zweiten Abschnittes angeordnet, wie in Figur 1 gezeigt, die von der Scheibe 1 nach außen weist bzw. von dieser abgewandt liegt. Die Leuchtdiode 6 oder die Leuchtdioden können dort angeordnet sein, wo der Phototransistor 7 oder die Phototransistoren, wie oben beschrieben liegen und umgekehrt. Wie sich ebenfalls Figur 1 entnehmen läßt, überlappt das Raster 5 des zweiten Abschnittes das Raster 4 des ersten Abschnittes mit einer Länge, die wesentlich kürzer als der Umfang der Scheibe 1 ist.

Die Leuchtdiode 6 schickt Licht durch den transparenten Umfang 3 der Scheibe 1 und durch das darauf befindliche Raster 4. Anschließend geht das Licht durch das Raster 5 des zweiten Abschnittes und gelangt dann zu dem Phototransistor 7·

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das Raster 4 des ersten Abschnittes mit Leuchtlinien, jedoch mit nicht lichtdurchlässigen Linien zwischen den lichtundurchlässigen Linien 8 versehen, während das Raster 5 des zweiten Abschnittes mit transparenten Linien zwischen den lichtundurchlässigen Linien 8 versehen ist. Die Leuchtdiode 6 und der Phototransietor 7 sind an der Seite des Rasters 5 des zweiten Abschnittes angeordnet, die von der Scheibe 1 nach

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außen weist. Die Leuchtdiode 6 schickt dann Licht durch das Raster 5 des zweiten Abschnittes und das Licht wird auf das Raster 4 des ersten Abschnittes reflektiert sowie durch das Raster 5 des zweiten Abschnittes übertragen und trifft auf den Phototransistor 7 auf.

Bei der Bewegung des Umfanges 3 der Scheibe 1 bewirkt demzufolge eine Anzahl von wandernden dunklen Bändern 9» daß das Licht von der Leuchtdiode 6 auf den Phototransistor 7 in Form pulsierenden Lichtes auftrifft, der Phototransistor wandelt diese Lichtimpulse in elektrische Impulse um, die in einer elektronischen, hierfür bestimmten Schaltung verstärkt und verarbeitet werden.

Wenn die Raster 4-, 5 der beiden Abschnitte derart angeordnet sind, daß man ein zuvor beschriebenes hohes Verhältnis erhält, ergeben sich eine große Anzahl von elektrischen Impulsen von dem Phototransistor bei einer relativ kleinen Bewegung des Umfanges 3 dei* Scheibe 1. Hieraus ergibt sich, daß man bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine derart hohe Genauigkeit bei einer Bewegung des Umfanges 3 der Scheibe 1 erzielt, ohne daß die einzelnen Bauteile mit entsprechend hoher Präzision ausgelegt werden müssen, was bei den an sich bekannten Einrichtungen der Fall war, bei denen beispielsweise der Umfang einer Scheibe in Schlitze eingeteilt und unterteilt ist, was zur Folge hat, daß die Genaugkeit durch die Aufteilung in die Schlitze bzw. Einschnitte beschränkt ist.

Wenn das Raster 4 des ersten Abschnittes auf einer Welle, die beispielsweise mit einem Hydromotor verbunden ist, mit einer Einteilung angeordnet ist, d.h. daß der Abstand von dem Mittelpunkt einer lichtundurchlässigen Linie zu dem Mittelpunkt benachbarter lichtundurchlässiger Linien 0,08 mm beträgt, und wenn darüber das Raster 5 des zweiten Abschnittes

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mit einer unterschiedlichen Einteilung angeordnet ist, erhält man von dem Phototransistor Impulse mit einer Frequenz in einer Größenordnung von 1000 Hz, wenn der Durchmesser der Welle des Hydromotors 0,3 m und die Drehzahl derselben 5 Upm beträgt. Bei der Ermittlung der Drehzahl der Welle erhält man hierdurch eine sehr hohe Genauigkeit.

Um eine äußerst hohe Genauigkeit zu erzielen, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Raster 5 des ersten oder des zweiten Abschnittes in zwei Raster 5a, 5b unterteilt. Das Raster 5 des zweiten Abschnittes umfaßt zwei Raster 5a» 5b mit unterschiedlicher Einteilung, wobei die Trennungslinie 12 zwischen den Rastern 5a, 5b senkrecht zu den Rasterlinien 8 und symmetrisch auf dem zweiten Abschnitt liegt, was in Figur 3 gezeigt ist. Eines der beiden Raster 5a, 5b besitzt eine Einteilung, die dichter als die Einteilung des Rasters 4 des ersten Abschnittes ist und das zweite der beiden Raster 5a, 5b weist eine Einteilung auf, die weniger dicht als die Einteilung des Rasters 4 des ersten Abschnittes ist. Wenn beispielsweise das Raster 5a in Figur 3 eine dichtere Einteilung und das zweite Raster 5b eine weniger dichte Einteilung als das Raster 4 des ersten Abschnittes aufweist, wandern die breiten Bändern 9 auf einem Raster 5a, wie mit dem Pfeil 13 bezeichnet, und jene auf dem zweiten Raster 5b, wie mit dem Pfeil 14 bezeichnet, wenn sich der Umfang 3 der Scheibe 1 entsprechend dem Pfeil 15 bewegt. Die Einteilung der beiden Raster 5a, 5*> kann in einem unterschiedlichen Verhältnis zu der Einteilung des Rasters 4 des ersten Abschnittes stehen, und bei einer derartigen Ausführungsform wandern die breiten Bänder 9 auf einem der beiden Raster 5a, 5b schneller als auf dem anderen Raster.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Leuchtdiode 6 für jedes der beiden Raster 5a, 5b sowie in entsprechender Weise ein

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Phototransistor 7 für jeden der Raster 5a, 5b vorgesehen. Die sich daraus ergebenden zwei Interferenzmuster ermöglichen, daß auch die Bewegungsrichtung des Umfange 3 der Scheibe 1 ermittelt werden kann. Ebenfalls ist ersichtlich, daß man auf diese Art und Weise eine höhere Genauigkeit als bei der zuvor genannten Aueführungsform erhalten kann, da ein Phasenvergleich zwischen den beiden Interferenzmustern erfolgen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl zum Messen der Winkelposition einer Scheibe 1 relativ zu einer Bezugsrichtung als auch zum Messen der Winkelgeschwindigkeit einer Scheibe 1 bei ihrer Drehung bestimmt.

In den Figuren 4-, 5 und 6 ist die Vorrichtung nach der Erfindung beispielhaft so gezeigt, daß sowohl die Winkelposition als auch die Winkelgeschwindigkeit gemessen werden kann. Nach Figur 4- ist eine Scheibe 1 mit einer Achse 2 gezeigt. Auf dem Umfang 3 der Scheibe 1 ist das Raster 4 des ersten Abschnittes vorgesehen und das Raster 5 des zweiten Abschnittes ist dem Umfang der Scheibe benachbart angeordnet. Ein gabelförmiges Meßelement 16 mit U-förmiger Gestalt ist so angeordnet, daß ein erster Schenkel 17 zwischen dem Umfang 3 der Scheibe 1 und der Achse 2 in der Nähe des Umfangs desselben und ein zweiter Schenkel 18 außerhalb des Umfange 3 der Scheibe 1 liegt. Das Raster 5 des zweiten Abschnittes liegt zwischen dem zweiten Schenkel 18 und dem Umfang 3 der Scheibe 1. Nach Figur 4 ist das Raster 5 des zweiten Abschnittes an dem zweiten Schenkel 18 des gabelförmigen Meßelementee 16 angebracht. In dem ersten Schenkel des gabelförmigen Meßelementes 16 ist eine Leuchtdiode 6 untergebracht, die Licht durch das Raster 4- auf den Umfang der Scheibe und durch das Raster 5 dee zweiten Abschnittes auf einen Phototraneistor 7 wirft, der in dem zweiten Schenkel 18 dee gabelförmigen Meßelementee 16 untergebracht let.

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Bei der Drehbewegung der Scheibe 1 wird durch die zuvor genannten Interferenzmuster bewirkt, daß der Phototransistor 7 Lichtimpulse mit einer Frequenz erhält, die dem Passieren von hellen und dunklen Abschnitten des Interferenzmustere zwischen der Leuchtdiode 6 und dem Phototransistor 7 entspricht. Diese Impulse bilden ein direktes Maß der Drehgeschwindigkeit oder Winkelgeschwindigkeit der Scheibe 1.

In Figur 5 ist eine Ausführungsform einer elektrischen Schaltung gezeigt, die zum Erzeugen von elektrischen Impulsen entsprechend den zuvor genannten Lichtimpulsen bestimmt ist. Die Leuchtdiode 6 und der Verstärker 19 werden mit einer Spannung versorgt, die zwischen den Polen des Eingangs 30 anliegt. Das von der Leuchtdiode 6 emittierte Licht 20 passiert auf die zuvor beschriebene Art und Weise die ersten und zweiten Raster 4, 5 des Transmitters und trifft auf den Phototransistor 7 auf. Das so erhaltene Signal wird in drei Verstärkungsstufen verstärkt, wobei jeder ein Transistor 21, 22, 28 zugeordnet ist. Der Kondensator 27 ist ein Rückkopplungskondensator.

Die Amplitude des so erhaltenen Signals wird durch einen Amplitudenbegrenzer 32 begrenzt, der von einer zum Ausgang 31 parallel geschalteten Zehnerdiode gebildet wird. Das Ausgabesignal wird über die Pole des Ausgangs 31 abgegeben.

In Figur 6 ist ein Blockdiagramm gezeigt, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern der Drehzahl eines Elektromotors bestimmt ist.

Bei dieser Ausführungsform weist der Transmitter eine Scheibe 40 oder einen Kreissektor einer Scheibe, die ortsfest angebracht ist, und eine Scheibe 41 auf, die an der Welle 43 des Motors 42 angebracht ist. Das Raster 4 des ersten

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Abschnittes des Transmitters ist an einer Seite der Scheibe

41 in Form eines Bandes 44 in der Nähe des Umfanges der Scheibe angeordnet. Das Raster 5 des zweiten Abschnittes des Transmitters ist auf entsprechende Art und Weise auf der anderen ortsfesten Scheibe 40 angebracht. Die Rasterlinien der beiden Abschnitte 4, 5 sind auf den Scheiben 40, 41 oder auf einem Kreissektor einer Scheibe 40 radial ausgerichtet.

Ein gabelförmiges Meßelement 16, dessen einer Schenkel eine Leuchtdiode und dessen anderer Schenkel 18 einen Phototransistor enthält, umgibt die Scheiben 40, 41 über einen bestimmten Umfangswinkelbereich. Die Leuchtdiode wirft somit Licht von einem Schenkel des gabelförmigen Meßelementes durch die beiden Scheiben 40, 41 auf den Phototransistor in dem anderen Schenkel 18 des gabelförmigen Meßelementes 16. Wenn die Welle 43 des Motors 42 mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit umläuft, ergeben sich auf die zuvor beschriebene Art und Weise Lichtimpulse, die zu dem Phototransistor gelangen, mit dem sie in elektrische Impulse umgewandelt werden, die in einem Verstärker 19 verstärkt werden. Der Verstärker 19 und ein darauffolgender Amplitudenbegrenzer 32 können auf die in Figur 5 gezeigte Art und Weise ausgelegt sein. Das Ausgangssignal des Amplitudenbegrenzers 32 wird zu einer an sich bekannten Steuereinrichtung 33 geleitet, die die Drehzahlen des Motors

42 bezüglich eines Nennwertes steuert. Das Ausgabesignal von dem Amplitudenbegrenzer 32 bildet eine Impulsserie, deren Frequenz proportional zu der Anzahl der Umdrehungen des Motors ist. Die Impulsfrequenz wird in der Steuereinrichtung 33 mit einem Nennwert verglichen, und daraufhin wird die Anzahl der Umdrehungen des Motors so eingestellt, daß die Impulsfrequenz mit dem Nennwert übereinstimmt.

In Figur 7 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise zum Messen von Winkeln bestimmt. Ein Rad bzw. eine

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Scheibe 1 ist mit einer Welle 2 versehen, die in einer Wand 57» in Figur 7 die rückwärtige Wand, und in einer Stirnwand 58 gelagert ist, die in Figur 7 teilweise ausgenommen ist. Ein gabelförmiges Meßelement 16 ist vorgesehen, das in einem Schenkel 17 eine Leuchtdiode und im anderen Schenkel 18 einen Phototransistor umfaßt. Das gabelförmige Meßelement 16 ist so angeordnet, daß es wie in Figur 4 den Umfang 3 der Scheibe 1 umgreift. Das Raster 4 des ersten Abschnittes des Transmitters ist auf dem Umfang 3 der Scheibe 1 und das Raster 5 des zweiten Abschnittes des Transmitters ist zwischen dem Umfang 3 der Scheibe 1 und dem zweiten Schenkel 18 des gabelförmigen Meßelementes 16 angeordnet, wie es auch in Figur 4 gezeigt ist.

Die Scheibe bzw. das Rad trägt nahe ihres bzw. seines Umfanges ein Gewicht 51 mit hohem spezifischem Gewicht, so daß der Schwerpunkt des Rades von seiner Achse 2 in Richtung des Gewichtes 51 zu seinem Umfang 3 hin radial versetzt liegt. Die beiden Wände 571 58 bilden zusammen mit Zwischenwandungen (nicht gezeigt) ein Gehäuse 50, in dem die Scheibe 1 und das gabelförmige Meßelement 16 untergebracht sind.

Das Gehäuse 50 umfaßt ferner eine Verstärkereinheit und eine Zähleinheit, die in Figur 7 beide insgesamt mit 56 bezeichnet sind und die die von den Rastern, der Leuchtdiode und dem Phototransistor erzeugten Impulse verstärken und zählen.

Beim Messen wird die Scheibe 1 zuerst in der in Figur 7 gezeigten Position mit Hilfe einer Sperre (nicht gezeigt) relativ zu dem Gehäuse 50 festgelegt. Daraufhin wird beispielsweise die Fläche 53 gegen eine Fläche positioniert, deren Winkelposition beispielsweise bezüglich der horizontalen Ebene gemessen werden soll. Die Sperre wird gelöst, so daß sich die Scheibe 1 frei drehen kann. Die Scheibe 1

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verdreht sich so, daß die vertikale Linie durch den Mittelpunkt der Achse 2 und den Schwerpunkt der Scheibe geht, der vorzugsweise auf einem Radius durch den Mittelpunkt der Achse 2 und den Mittelpunkt des Gewichtes 51 liegt. Bei der Drehbewegung der Scheibe 1 wird, wie zuvor beschrieben, eine Anzahl von elektrischen Impulsen erzeugt und in der Ermittlungseinheit 56 gezählt. Die Anzahl der Impulse ist proportional zu dem Abstand, um den sich der Umfang 3 der Scheibe 1 relativ zu dem gabelförmigen Meßelement 16 bewegt hat, und bildet somit ein Maß für den Winkel, um den sich die Achse 2 der Scheibe verdreht hat. Diese Verdrehung entspricht dem Winkel, unter dem die Fläche 53 zu der horizontalen Ebene geneigt ist. Wenn die Zahl der Impulse gezählt worden ist, wird das Ergebnis auf an sich bekannte Art und Weise in digitale Form umgesetzt und an einer Anzeige 55 angezeigt, an der man beispielsweise in digitaler Form den Winkel ablesen kann, unter dem die Fläche 53 zu der horizontalen Ebene geneigt liegt.

Beim Messen der Winkel auf die zuvor beschriebene Art und Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden vorzugsweise Raster verwendet, bei denen das Raster des zweiten Abschnittes des Transmitters zwei Raster 5a, 5b, wie in Figur 3 gezeigt, umfaßt. Somit kann man die Drehrichtung der Scheibe 1 ermitteln und eine mögliche Pendelbewegung der Scheibe um eine Gleichgewichtslage kann durch die Ermittlungseinheit ausgeglichen werden. Das gabelförmige Meßelement 16 umfaßt zwei Leuchtdioden und zwei Phototransistoren und die Verstärkungs- und Ennittlungseinheit 56 umfaßt eine an sich bekannte Elektronik, mit deren Hilfe die Ermittlung ausgeführt werden kann. Auch bei den Ausführungsformen nach der Erfindung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit kann das Raster 5 des zweiten Abschnittes vorzugsweise zwei Raster 5a, 5b umfassen, um die Drehrichtung der Scheibe 1 bestimmen zu können.

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Wie zuvor bereits erwähnt, läßt sich eine wesentlich höhere Genauigkeit bei der Messung einer bestimmten Winkelverdrehung erzielen, wenn man zwei Raster 5a, 5b bei dem zweiten Abschnitt des Transmitters verwendet. Bei allen den zuvor genannten Ausführungsformen kann ein derartig ausgebildeter Transmitter von Vorteil sein.

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Claims

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

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Patentansprüche

1.J Vorrichtung zum Ermitteln eines Winkels oder einer ^-Winkelgeschwindigkeit mit einem kreisförmigen Gebilde, wie zum Beispiel einer Scheibe, die sich um einen Winkel oder mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, einem ersten Abschnitt eines Transmitters am Umfang der. Scheibe und einem zweiten Abschnitt eines Transmitters, der ortsfest außerhalb der Scheibe angebracht ist, bei der die ersten und zweiten Abschnitte des Transmitters ein oder mehrere Raster aufweisen, die durch Leuchtlinien oder lichtdurchlässige Linien abgeteilt sind, und bei der die beiden Abschnitte bei der Messung bezüglich einander eine derartige Relativbewegung ausführen können, daß sich jede lichtundurchlässige Linie auf einem der beiden Abschnitte relativ zu einer benachbarten lichtundurchlässigen Linie auf dem zweiten Abschnitt der beiden Abschnitte in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der zuerst genannten Linie bewegt, wobei man ein Interferenzmuster, ein sogenanntes Moire-Muster, erhält, wenn man das Raster des ersten Abschnittes durch das Raster des zweiten Abschnittes betrachtet, und mit einem

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H SCHROETER Telegramm«: Sdiroepat Schwäbisch Gmünd 02/00 535 (BLZ »13 700 ti) K.LEHMANN Telegramme: Sdwoepu

lt<Hksgwt49 Telex: 7241 ItI p«sdd Pöeucheckkonto Mündien 1*79 41-104 Lipowsky«rafc 10 Ttlex: 5212241 piwc d

ORIGINAL INSPECTED

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Abfühlelement zum optischen Abtasten des Interferenzmusters, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (4) des ersten Abschnittes eine Einteilung, d.h. eine Anzahl von lichtundurchlässigen Linien pro Längeneinheit in einer Richtung senkrecht zu den Linien (8) aufweist, die sich von der Einteilung des Rasters (5) des zweiten Abschnittes unterscheidet, und daß das Abfühlelement so ausgebildet und bezüglich der Raster angeordnet ist, daß beim Durchgehen eines im wesentlichen parallelen Lichtes durch die Rasterelemente ein Interferenzmuster erzeugbar ist, das auf einen lichtempfindlichen Abschnitt des Leseeelementes auftrifft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Raster die Leuchtlinien oder transparenten Linien eine kleinere Breite als die lichtundurchlässigen Linien aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtundurchlässigen Linien (8), die dem Raster (4) des ersten Abschnittes zugeordnet sind, im wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Umfanges (3) der Scheibe (1) liegen, und daß die lichtundurchlässigen Linien (8), die dem Raster (5) des zweiten Abschnittes zugeordnet sind, im wesentlichen parallel zu den lichtundurchlässigen Linien (8) des ersten Abschnittes liegen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Raster (4, 5) des ersten oder zweiten Abschnittes zwei Raster (5a, 5b) mit unterschiedlicher Einteilung aufweisen, und daß die Trennungslinie (12) zwischen den Rastern (5a, 5b) senkrecht zu den lichtundurchlässigen Linien (8) und symmetrisch auf dem zweiten Abschnitt (5) liegt.

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5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtundurchlässigen Linien (8) auf den beiden Abschnitten (4, 5) die gleiche Breite besitzen, und daß die Breite der Leuchtlinien oder transparenten Linien in dem Raster (4) des ersten Abschnittes von der Breite jener in dem Raster (5) des zweiten Abschnittes verschieden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Λ bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Breite der lichtundurchlässigen Linien (8) als auch die Breite der Leuchtlinien oder lichtdurchlässigen Linien in dem Raster (4) des ersten Abschnittes von der Breite jener in dem Raster (5) des zweiten Abschnittes verschieden sind.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leseelement (6, 7) eine oder mehrere Leuchtdioden (6) oder dergleichen zum Beleuchten der Raster (4, 5) des Transmitters und einen oder mehrere Phototransistoren (7) oder dergleichen zum Abtasten des Interferenzmusters oder der Interferenzmuster aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (4) des ersten Abschnittes auf dem Umfang (3) der Scheibe (1) zwischen den lichtundurchlässigen Linien (8) transparente Linien besitzt, und daß der Umfangsteil der Scheibe (1) transparent ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7i dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (6) oder die Leuchtdioden zwischen dem Umfang (3) der Scheibe (1) und seinem Mittelpunkt angeordnet sind und daß der Phototransistor (7) oder die Phototransietoren auf der Seite dee Rasters (5) dee zweiten Abschnittes angeordnet sind, die von der Scheibe (1) nach außen weist oder umgekehrt.

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10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (5) des zweiten Abschnittes das Raster (4) des ersten Abschnittes längs einer Länge überlappt, die beträchtlich kürzer als der Umfang der Scheibe (1) ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Messen von Winkeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) in der Nähe ihres Umfanges (3) ein Gewicht (5Ό derart trägt, daß der Schwerpunkt der Scheibe (1) von dem Achsmittelpunkt zu ihrem Umfang wandert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5» 6, 7, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (4) des ersten Abschnittes lichtundurchlässige Linien (8) auf einer Scheibe (41) und das Raster (5) des zweiten Abschnittes lichtundurchlässige Linien (8) auf einer Scheibe (40) oder einem Kreissektor derselben oder umgekehrt umfaßt, die von dem Mittelpunkt der Scheibe oder dem Kreissektor radial nach außen weisen und in einem Bereich (44) nahe des Umfanges der Scheibe oder des Kreissektors liegen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Impulse am Ausgang des Verstärkers des Phototransistors beim Abtasten der Interferenzmuster zu einer an sich bekannten Ermittlungseinrichtung (56) gelangen, welche die Anzahl der Impulse in digitale Signale umwandelt, und daß die Ermittlungseinrichtung (56) eine an sich bekannte Anzeige (55) liefert, die den Winkel beispielsweise zwischen der Fläche (53) des Gehäuses (50) und der horizontalen Ebene in digitaler Form anzeigt, der mit der Ermittlungseinrichtung (56) ermittelt worden ist.

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