DE4113841A1 - Verfahren und einrichtung zur messung und bestimmung eines drehwinkels eines rotierenden objekts - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur messung und bestimmung eines drehwinkels eines rotierenden objekts

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung und Bestimmung eines Drehwinkels eines rotieren­ den Objekts.
Als Meßwertaufnehmer für Drehbewegungen und in Verbindung mit mechanischen Maßeinrichtungen, wie Meßzahnstangen oder Ge­ windespindeln, für lineare Bewegungen werden Drehgeber und Winkelmeßgeräte verwendet. Solche Geräte werden bei der Automation im allgemeinen Maschinenbau, bei Robotern und Handhabungsgeräten, Verstell- und Verschubeinrichtungen so­ wie Geräten der Informationstechnik, Antennen, Richtgeräten aber auch bei Prüf- und Meßgeräten aller Art eingesetzt.
Beim inkrementalen Messen werden die Ausgangssignale inkre­ mentaler Drehgeber und Winkelmeßgeräte einer Zähl-Elektronik zugeführt, in welcher der Meßwert durch Zählen einzelner "Inkremente" ermittelt wird. Beim inkrementalen Drehgeber ist die Welle mit spielfrei eingestellten Kugellagern in einem Flansch gelagert und trägt eine Teilscheibe aus Glas, auf welcher eine Radialgitter-Teilung aufgebracht ist. Die lichtundurchlässigen Striche, die etwa doppelt so breit sind wie die lichtdurchlässigen Lücken dazwischen bestehen aus Chrom, welches im Vakuum auf den Glaskörper nach dem DIADUR-Ver­ fahren aufgedampft wurde. In geringem Abstand zur Teilung ist auf dem Flansch eine Abtastplatte angeordnet, welche auf kleinen Feldern jeweils die gleiche Gitterteilung trägt wie die Teilscheibe. Auf den vier Feldern der Abtastplatte sind die Striche aber jeweils um ein Vierteil einer Teilungsperi­ ode zueinander versetzt angeordnet. Zusätzlich ist auf der Teilscheibe wie auf der Abtastscheibe ein Feld mit einer Re­ ferenzmarke aufgebracht, welche bei gröberen Teilungen durch einen Einzelstrich, bei feinen Teilungen durch eine Strich­ gruppe gebildet ist.
Alle diese Felder werden von einem parallelen Lichtbündel durchflutet, welches von einer Lichtquelle und einer Linse erzeugt wird. Der Lichtstrom wird bei der Drehung der Teil­ scheibe moduliert und trifft auf Photoelemente, welche zwei elektrische, annähernd sinusförmige Signale und ein Referenz­ markensignal erzeugen. Die zwei sinusförmigen Signale sind zueinander um 90° elektrisch phasenverschoben; eine Signa­ lperiode von 360° entspricht einem Drehwinkel um eine Tei­ lungsperiode der Radialgitter-Teilung.
Bei derart aufgebauten inkrementalen Drehgebern ist die Her­ stellung aufwendig und außerdem sind eine hohe Winkelauflö­ sung sowie eine nicht-lineare Winkelcodierung ausgesprochen schwer zu realisieren; aus diesem Grund sind daher auf diese Weise hergestellte inkrementale Drehgeber teuer.
Bei Interferometern nach Michelson, bei welchen rotierende Retroreflektoren zur Erzeugung von Wegdifferenzen verwendet werden, wird die Wegmessung mittels einer Laserstrahlung durchgeführt. Die Laserstrahlung durchläuft das Interferome­ ter, und aus dem resultierenden Interferenzsignal ergibt sich über die Kenntnis der Wellenlänge der Laserstrahlung die Wegdifferenz. Nachteilig bei dieser Art der Wegmessung ist, daß dazu entweder ein Referenzinterferometer für die Laserstrahlung mit dem Signalinterferometer gekoppelt wer­ den muß, oder daß die Laserstrahlung durch das Signalinter­ ferometer zu führen ist. Im zweiten Fall muß ein gesonderter Bereich des Strahlteilers für die Laserstrahlung geeignet sein. Dadurch wird entweder der Bereich der Signalstrahlung eingeengt, oder es müssen als Strahlteiler, Spiegel, Linsen, u.ä. größere Komponenten verwendet werden. Ferner ist es aufwendig, einen Strahlteiler herzustellen, welcher in zwei geometrisch getrennten Bereichen unterschiedliche optische Eigenschaften hat, da die Signalstrahlung meist im Infraro­ ten liegt, während der Laser meist einen HeHe-Laser mit einer Wellenlänge von 632.8 nm ist. Weiterhin ist nachteilig, daß preiswerte Laserröhren in der Regel eine geringe Lebens­ dauer haben, daß jedoch langlebige Röhren teuer sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Messen und Bestimmen eines Drehwinkels eines rotierenden Elements zu schaffen sowie damit eine Wegmessung in Interferometern nach Michelson, bei denen die Wegdiffe­ renzen über eine Drehbewegung erzeugt werden durchzuführen, wobei ein beliebiger Zusammenhang zwischen Drehwinkel und Drehbewegung abspeicherbar ist, so daß mit geringem Aufwand eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird.
Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Verfahren und einer Einrichtung zur Messung und Bestimmung eines Drehwinkels eines rotierenden Objekts durch die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf die Ansprüche 1 oder 5 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Unteransprüche. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung und Bestim­ mung eines Drehwinkels eines rotierenden Objekts wird auf einem magnetischen, optischen oder optomagnetischen Spei­ chermedium eine einer geforderten Winkelauflösung entspre­ chende Taktspur aufgebracht. Während des Betriebs wird das Speichermedium synchron mit dem rotierenden Objekt gedreht und es wird eine der Taktspur entsprechende Impulsfolge von dem Speichermedium gelesen. Die ausgelesene Impulsfolge wird zur weiteren Verarbeitung einer nachgeordneten Signal­ elektronik zugeführt, in welcher der aktuelle Drehwinkel oder die aktuelle Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Ob­ jekts zur Verfügung steht.
Bei einer relativen Winkelmessung wird eine Impulsfolge auf einem kreisschreibenförmigen Speichermedium abgelegt; hierbei werden zur Erzielung einer bestmöglichen Winkelauf­ lösung eine am Umfang des kreisscheibenförmigen Speicherme­ diums ganz außen abgelegte Spur mit höchster Schreibdichte und für geringere Winkelauflösungen weiter innen angeordnete Spuren und/oder geringere Schreibdichten verwendet. Bei ei­ ner absoluten Winkelmessung werden eine oder mehrere Impuls­ folgen auf dem kreisscheibenförmigen Speichermedium co­ diert in einer oder mehreren Spuren abgelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner in vorteilhafter Weise insbesondere bei optischen Interferometern nach Michelson mit rotierenden Retroreflektoren eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in DE 34 31 040 beschrieben sind. Bei solchen Interferometern, bei welchen durch ein oder mehrere rotierende Spiegelelemente in Form der vorstehend erwähnten rotierenden Retroreflektoren eine Wegänderung erzeugt wird, werden mittels mit den rotierenden Spiegelelementen starr gekoppelter Spei­ chermedien und diesen fest zugeordneten Leseköpfen Drehwin­ kel gemessen. Aus den gemessenen Drehwinkeln wird dann in einer zugeordneten Elektronik die Wegänderung in dem Inter­ ferometer bestimmt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, kann zur Erzeugung einer Taktfolge auf dem Speichermedium ein Interferometer vorübergehend mit einem Referenz-Weg­ meßsystem ausgerüstet werden. Durch eine Interferenzmes­ sung wird dann auf der Taktspur des Speichermediums eine Impulsfolge aufgezeichnet, welche der gelesenen Wegänderung entspricht.
Ferner ist gemäß der Erfindung eine Einrichtung zur Messung und Bestimmung eines Drehwinkels eines rotierenden Objekts geschaffen, bei welchem ein magnetisches, optisches oder optomagnetisches Speichermedium in Form einer kreisförmigen Scheibe vorgesehen ist, welche beispielsweise als ein Mag­ netplattenspeicher in Form einer Floppy-Disk oder einer Floptical-Disk, eines optischen Speichers in Form einer Kompakt-Disc, oder als ein WORM-(Write Once Read Multiple) Speicher ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung ist eines dieser Speichermedien starr mit und koaxial zu der Welle des rotierenden Objekts, beispielsweise eines rotierenden Retroreflektors gekoppelt.
Ferner ist bezogen auf die Wellenachse dem kreisscheiben­ förmigen Medium ein Lesekopf zugeordnet, welchem eine auf dem verwendeten Speichermedium in konzentrischen Kreisen aufgebrachte Spur zugeordnet ist. Eine der Taktspur und einer geforderten Winkelauflösung entsprechende Impulsfolge wird dann in einer dem Lesekopf nachgeordneten Signalelektro­ nik so verarbeitet, daß der aktuelle Drehwinkel oder die ak­ tuelle Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Objekts, bei­ spielsweise eines rotierenden Retroreflektors zur Verfügung steht. Zu einer gemäß der Erfindung nur einmal notwendigen Abspeicherung einer Impulsfolge kann beispielsweise ein La­ ser verwendet werden.
Gemäß der Erfindung ist somit der Laser in einem im Betrieb verwendeten Interferometer durch eine Konserve eines er­ zeugten Signals ersetzt, wobei diese Konserve immer wie­ der gelesen werden kann. Zur Erzeugung dieser Konserve kann beispielsweise ein auswechselbares Speichermedium in ein Aufzeichnungsinterferometer eingebaut werden, das bezogen auf seine Winkelstellung in einer definierten Lage mittels Paß- und Zentriereinrichtungen gehaltert ist. Ein solches aus dem Aufzeichnungsinterferometer entnommenes mit einer Impulsfolge versehenes Speichermedium kann dann, anschließend fest in einem Betriebs-Interferometer unter­ gebracht werden.
Vorstellbar ist auch, daß jedes einzelne Interferometer wäh­ rend des Zeitraums der Fertigung mit einem Laser und einem nur für diesen Laser geeigneten Strahlteiler und Detektor ausgerüstet wird, wobei dann nach der Aufzeichnung der Im­ pulsfolge diese Komponenten wieder aus dem Interferometer entfernt werden.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung anhand von Interferometern nach Michelson mit rotieren­ den Retroreflektoren unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines gemäß der Erfin­ dung ausgestatteten Interferometers mit einem rotierenden Retroreflektor, und
Fig. 2 eine Ausführungsform eines gemäß der Erfin­ dung ausgestatteten Interferometers mit zwei rotierenden Retroreflektoren.
In Fig. 1 weist ein Interferometer einen Strahlteiler 1 auf, welcher unter 45° zu zwei zueinander senkrechten Spiegeln 21 und 22 angeordnet sind, welche zusammen aus einem Winkelspie­ gel 2 gebildet sind. Ferner sind dem Interferometer ein feststehend angeordneter Retroreflektor 31, ein drehbarer Retroreflektor 32, welcher eine Drehachse 32D aufweist, ein starr mit der Drehachse 32D gekoppelter Motor 4, ein starr mit der Drehachse 32D verbundenes Speichermedium 5 in Form eines kreisförmigen WORM-(Wright Once Read Multiple-)Spei­ chers, eines optischen Speichers oder einer Magnetplatte, ein dem Speichermedium ortsfest zugeordneter Lesekopf 6 mit einer dem Lesekopf 6 nachgeordneten Signalelektronik 7 sowie eine Sammellinse 8 und ein Detektor 9 vorgesehen. Während des Betriebs rotieren der Retroreflektor 32, das Speichermedium 5 und der Läufer des Elektromotors 4 synchron. Während der Fertigung eines Interferometers wird beispiels­ weise auf dem Speichermedium 5 synchron zur Rotation eine Impulsfolge abgespeichert, die aus dem Interferogramm eines in das (oder ein entsprechendes) Interferometer eingestrahl­ ten Lasers gewonnen wird. Bei der Auswahl des Lasers, der Frequenz der Impulsfolge sowie der Auswahl der Impulse pro Umdrehung wird in einer bei Interferometern bekannten Weise verfahren. Als Speichermedium 5 wird vorzugsweise ein opti­ scher WORM-Speicher angesehen, jedoch eignen sich auch ande­ re optische Speicher, beispielsweise in Form von Compact Disk oder Magnetspeicher in Form von Floppy oder Floptical Disk oder auch Fixed Disk. Grundsätzlich kann jeder Speicher verwendet werden, dessen Inhalt durch eine Relativbewegung zwischen dem Speichermedium 5 und dem Lesekopf 6 ausgelesen wird. Dies erfolgt in technisch bekannter Weise, was bedeu­ tet, daß auch alle heute bekannten Winkelcodierer oder Dreh­ winkelgeber sich eignen, wenn der abgespeicherte Winkelcode oder Takt dem aus dem Lasersignal erzeugten Takt entspricht.
Während eines Betriebs wird bei einer Rotation des Retrore­ flektors 32, des Speichermediums 5 und des Läufers des Mo­ tors 4 mittels des Lesekopfs 6 die gespeicherte Impulsfolge ausgelesen; diese Impulsfolge wird genauso wie die sonst üb­ liche Impulsfolge des Lasers in bekannter Weise in der dem Lesekopf 6 nachgeordneten Signalelektronik 7 verarbeitet. Hierbei kann der gelesene Takt sowohl zur Triggerung eines im einzelnen nicht dargestellten Analog-Digital-Umsetzers als auch zur Regelung des Motors 4 verwendet werden. Ferner kann auch ein höherfrequenter Takt aus dem Lasersignal gewon­ nen und aufgezeichnet werden, da sich ein solcher höherfre­ quenter Takt besser für eine Motorregelung eignet; durch Herunterteilen kann aus dem höherfrequenten Takt ein für eine Analog-Digital-Umsetzung benötigter, niederfrequenterer Takt abgeleitet werden.
Bei Interferometern, bei welchen Wegunterschiede durch ro­ tierende Spiegel, insbesondere durch rotierende Retroreflek­ toren erzeugt werden, ist zu beachten, daß die Frequenz der Laser-Interferogramme nicht notwendig konstant ist. Vielmehr erzeugt beispielsweise ein mit konstanter Drehgeschwindig­ keit rotierender Retroreflektor ein Laser-Interferogramm, das sinusförmig frequenzmoduliert ist. Dadurch kommt es zu einer festen Phasenbeziehung zwischen dem optischen Wegun­ terschied und der Frequenz des Laser-Interferogramms. Daher ist selbstverständlich das Interferometer konstruktiv so auszuführen, daß eine einwandfreie und zuverlässige Justie­ rung und Fixierung der einzelnen Komponenten gewährleistet und damit die richtige Zuordnung von Takt und einer daraus abgeleiteten Wegmessung sichergestellt ist. Das bedeutet, daß bei der Generierung der Taktspur auf dem Speichermedium die mechanische Justierung der einzelnen Komponenten diesel­ be sein muß wie während eines Meßbetriebs. Hierzu können in bekannter Weise beispielsweise Paßstifte oder ähnliche Zen­ triereinrichtungen verwendet werden, welche eine starre, re­ produzierbare Verbindung zwischen dem Retroreflektor 32, dem Speichermedium 5 und der Retroreflektor-Drehachse 32D ge­ währleisten; ferner ist dadurch auch die Justierung des Le­ sekopfs 6 bezüglich der Winkelstellung der Drehachse 32D si­ chergestellt.
Ein in Fig. 2 dargestelltes Interferometer weist statt eines ortsfest angeordneten Retroreflektors 31 einen weiteren ro­ tierbaren Retroreflektor 31′ auf, dessen Drehachse 21D′ starr mit einem weiteren Motor 4′ gekoppelt ist. Ferner ist mit der Drehachse 31D′ ein weiteres Speichermedium 5′ ver­ bunden, das in Aufbau und Ausführung dem bereits in Verbin­ dung mit Fig. 1 im einzelnen beschriebenen Speichermedium 5 entspricht. Bei der Ausführungsform des Interferometers nach Fig. 1 ist auch dem starr mit der Drehwelle 31D′ verbundenen Speichermedium 5′ ortsfest ein Lesekopf 6′ zugeordnet, des­ sen Ausgang ebenfalls mit der Signalelektronik 7 verbunden ist.
Während eines Betriebs laufen die beiden Retroreflektoren 31′ und 32 bezüglich der Wegänderung gegenphasig aber syn­ chron, d. h., während durch den einen Retroreflektor der Weg verringert wird, wird er durch den anderen vergrößert. Daher erfolgt eine Wegmessung, wie bereits anhand von Fig. 1 be­ schrieben mit dem Speicherelement 5, welchem in der be­ schriebenen Weise eine Taktfolge aufgebracht ist, sowie mit Hilfe des dem Speichermedium 5 zugeordneten Lesekopfs 6 und der dem Lesekopf nachgeordneten Steuerelektronik 7. Der Syn­ chronlauf der beiden Motore 4 und 41 ist vorzugsweise da­ durch sichergestellt, daß die Motore 4 und 4′ Schrittschalt­ motore mit einer hohen Schrittzahl sind, welche mittels des­ selben Taktes, der beispielsweise von einem Rechner erzeugt wird, gesteuert werden. Beispielsweise ist jedoch auch eine Synchronisierung der Motore 4 und 4′ über hoch auflösende Winkelgeber möglich. Ferner kann auch die Synchronisation über die Steuerelektronik 7 dadurch erfolgen, daß auf dem mit der Drehwelle des Motors 41 starr verbundenen Speicher­ medium 5′ eine der Taktfolge auf dem Speichermedium 5 ent­ sprechende Taktfolge aufgebracht ist, welche mittels des dem Speichermedium 5′ fest zugeordneten Lesekopfs 6′ gelesen und der auch diesem Lesekopf 6′ nachgeordneten Steuerelek­ tronik 7 zugeführt wird. Allerdings kann auch nur ein Motor 4 vorgesehen sein und über entsprechende Getriebe kann in bekannter Weise auf mechanischem oder elektromechanischem Weg der Antrieb der beiden Retroreflektoren 31′ und 32 in der Weise erfolgen, daß die Drehbewegungen dieser beiden Re­ flektoren 31′ und 32 synchron sind. In entsprechender Weise kann bei Interferometern verfahren werden, welche mehr als zwei rotierende Retroreflektoren aufweisen.
In einer entsprechend modifizierten Weise kann eine Wegmes­ sung bei allen Interferometern durchgeführt werden, bei wel­ chen die Wegänderung über eine Drehbewegung erzeugt wird, so beispielsweise auch bei Doppelpendel-Interferometern. Hier­ bei ist die Taktspur auf dem Speichermedium der Drehbewe­ gung anzupassen, was beispielsweise automatisch der Fall ist, wenn zur Erzeugung der Taktspur ein Laser verwendet wird.
Ein besonderer Vorteil bei dieser Art der Wegmessung besteht darin, daß auch weitere Informationen auf dem Speichermedi­ um abgelegt werden können, so beispielsweise die Markie­ rung einer Null- oder Startstellung oder auch andere für die Steuerung des Interferometers nutzbare Daten. Außerdem kön­ nen beide Seiten des Mediums genutzt werden, so beispiels­ weise auch zur Erhöhung der Schreibdichte, indem die Spuren auf beiden Seiten mit einem Versatz von einer halben Schritt­ weite beschrieben werden.
Ferner können mehrere unterschiedliche Taktfolgen auf ver­ schiedenen Spuren abgespeichert werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft und nützlich, wenn die Interferometer die Einstellung verschiedener spektraler Auflösungen ermögli­ chen, was wiederum unterschiedliche Wegdifferenzen und damit Interferogramme mit einer unterschiedlichen Anzahl von Meß­ punkten zur Folge hat. Hierbei kann für jede Einstellung eine entsprechende Taktfolge auf unterschiedlichen Spuren des Speichermediums abgespeichert werden. Ferner können in bekannter Weise mehrere fest zugeordnete Leseköpfe oder auch ein zur jeweiligen Drehachse radial verstellbarer Lesekopf verwendet werden.
Bei Interferometern mit rotierenden Retroreflektoren kann bekanntlich die spektrale Auflösung durch die Neigung der Drehachse gegenüber der optischen Achse verändert werden. Hierbei kann dann ein fester Lesekopf vorgesehen sein, der bei Neigung der Drehachse automatisch über unterschiedliche Spuren des Speichermediums positioniert wird, da dieses aufgrund der Neigung der Drehachse ebenfalls verschoben wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nur eine einzige Taktfolge für alle möglichen, spektralen Auflö­ sungen abgespeichert. Eine solche Taktfolge wird dadurch ge­ wonnen, indem zur Aufzeichnung das Interferometer auf die höchste Auflösung, d. h. die größte Wegdifferenz eingestellt wird. In dieser Einstellung ist dann die Anzahl Impulse pro Umdrehung aus dem Interferogramm die höchste Impulsanzahl so daß also nur eine Taktfolge mit höchster Schreibdichte auf­ gezeichnet wird. Im Meßbetrieb ist dann diese Taktfolge ohne eine Veränderung für die höchste Auflösung geeignet. Für Messungen mit einer geringeren, beispielsweise mechanisch eingestellter Auflösung, wird diese Taktfolge gelesen und in der nachgeordneten Signalelektronik 7 in bekannter Weise der eingestellten spektralen Auflösung entsprechend herunterge­ teilt, d. h. in eine Taktfolge mit einer geringeren Frequenz umgewandelt.
Ferner kann das Gerät mechanisch immer auf die höchste spek­ trale Auflösung eingestellt belassen werden. Messungen mit einer geringeren Auflösung erfolgen dann dadurch, daß nur über einen entsprechenden Teil der Drehbewegung Daten aufge­ zeichnet werden. In diesem Fall ist die vorgesehene Taktfol­ ge auf dem Speichermedium für alle Messungen identisch und wird mittels einer Zählung zur Steuerung der gewünschten Auflösung verwendet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auf­ grund der hohen Schreibdichte moderner Speichermedien die geometrischen Maße sehr klein gehalten werden können. Hier­ für soll ein nachstehend wiedergegebenes Zahlenbeispiel die­ nen. Ein Floptical Disk, welcher über eine Laserdiode posi­ tioniert, und welcher einen magnetischen Datenspeicher dar­ stellt, hat zur Zeit beispielsweise eine Schreibdichte von 24 175 Bit pro Inch oder 950 Bit/mm. Bei einer spektralen Auflösung von etwa 1 cm-1 bei einer Wellenlänge von 2 µm wer­ den beispielsweise 8192 Datenpunkte aufgezeichnet. Die hier­ zu benötigte Taktfolge müßte also 8192 Impulse liefern; die­ se lassen sich auf einer Spurlänge von 8,7 mm aufzeichnen. Überstreicht nun der Meßweg einen Drehwinkel von 120°, so ergibt sich eine Gesamtspurlänge von ca. 26 mm. In diesem Fall müßte der Radius des kreisscheibenförmigen Speicherele­ ments nur 4,2 mm betragen. Bekanntlich wird auch hier der Meßwert gleicher Weglängen, d. h. der ZPD-(Zero Phase Diffe­ rence-)Wert aus dem digitalisierten Interferogramm bestimmt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Messung und Bestimmung eines Drehwinkels eines rotierenden Objekts, dadurch gekennzeichnet, daß
auf einem magnetischen, optischen oder optomagnetischen Speichermedium eine einer geforderten Winkelauflösung entsprechende Taktspur aufgebracht wird;
das Speichermedium synchron mit dem rotierenden Objekt ge­ dreht wird;
im Betrieb eine der Taktspur entsprechende Impulsfolge von dem Speichermedium gelesen wird, und
die gelesene Impulsfolge zur weiteren Verarbeitung einer nachgeordneten Signalelektronik zugeführt, in welcher der aktuelle Drehwinkel oder die aktuelle Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Objekts zur Verfügung steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu einer relativen Winkelmessung eine Impulsfolge auf einem kreisscheibenförmigen Speichermedium abgelegt wird, wobei zur Erzielung einer bestmöglichen Win­ kelauflösung eine am Umfang des kreisscheibenförmigen Spei­ chermediums ganz außen abgelegte Spur mit höchster Schreib­ dichte und für geringere Winkelauflösungen weiter innen an­ geordnete Spuren und/oder geringere Schreibdichten verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu einer absoluten Winkelmessung eine oder mehrere Impulsfolgen auf einem kreisscheibenförmigen Speichermedium codiert in einer oder mehreren Spuren abge­ legt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet,
daß bei Interferometern nach Michelson, bei welchen durch eine oder mehrere rotierende Spiegelelemente eine Wegänderung erzeugt wird, mittels mit den rotierenden Spiegelelementen starr gekoppelten Speichermedien und diesen fest zugeordneten Leseköpfen Drehwinkel gemessen werden, und
daß aus den gemessenen Drehwinkeln in einer zugeordneten Elektronik die Wegänderung in dem Interferometer bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung einer Taktfolge auf dem Speichermedium ein Interferometer vorübergehend mit einem Referenz-Wegmeßsystem ausgerüstet wird und durch eine Referenz-Messung auf der Taktspur des Speichermediums eine Impulsfolge aufgezeichnet wird, die der gemessenen Wegän­ derung entspricht.
6. Einrichtung zur Messung und Bestimmung eines Drehwinkels eines rotierenden Objekts, mit einer Signalelektronik, da­ durch gekennzeichnet, daß ein magnetisches, optisches oder optomagnetisches Speichermedium in Form einer kreisförmigen Scheibe (5), auf welcher auf konzentrischen Kreisen eine Taktspur aufgebracht ist, starr mit und koaxial zu der Welle (32D) des rotierenden Objekts (32) gekoppelt ist, und daß bezogen auf die Wellenachse dem kreisscheiben­ förmigen Speichermedium (5) ein Lesekopf (6) zum Lesen der aufgebrachten Taktspur zugeordnet ist, wobei eine der Takt­ spur und einer geforderten Winkelauflösung entsprechende Impulsfolge in der dem Lesekopf (6) nachgeordneten Signal­ elektronik (7) so verarbeitet wird, daß der aktuelle Dreh­ winkel oder die aktuelle Winkelgeschwindigkeit des rotie­ renden Objekts zur Verfügung steht.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Speichermedium ein Magnetplatten­ speicher in Form einer Floppy-Disk oder Floptical-Disk, ein optischer Speicher in Form einer Compact-Disk, ein optomag­ netischer Speicher oder ein WORM-Speicher ist.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein auswechselbares Speichermedium (5) bezogen auf dessen Winkelstellung in definierter Lage mit­ tels Paß- und Zentriereinrichtungen sowohl in ein Aufzeich­ nungsinterferometer als auch in ein Betriebsinterferometer einbaubar ist, und daß das Speichermedium (5) im Betriebs­ interferometer fest untergebracht ist.
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GB9208875A GB2255187B (en) 1991-04-27 1992-04-24 Method and apparatus for measuring and determining a rotation angle of a rotating object
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4436174A1 (de) * 1994-10-10 1996-04-11 Walter Mayer Datenkopfträgervorrichtung für rotierende Massenspeicher
DE19543483A1 (de) * 1995-11-22 1997-05-28 Hannes Weigel Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Winkeln
DE19638911A1 (de) * 1996-09-23 1998-03-26 Teves Gmbh Alfred Drehwinkelsensor mit integrierter Umdrehungserkennung

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5983720A (en) * 1995-12-06 1999-11-16 Orbital Technologies Corporation Reflected light rotation sensor
US5825493A (en) * 1996-06-28 1998-10-20 Raytheon Company Compact high resolution interferometer with short stroke reactionless drive
US6124929A (en) * 1998-08-18 2000-09-26 Weibel; Stephen C. Michelson interferometer with orbiting retroreflector
JP2000234906A (ja) * 1999-02-15 2000-08-29 Koji Masutani 反射部材移動装置および前記反射部材移動装置を使用する光路長周期的増減装置
FI20031581A0 (fi) * 2003-10-30 2003-10-30 Noveltech Solutions Ltd Interferometri
US7342664B1 (en) * 2004-05-06 2008-03-11 Juliusz George Radziszewski Scanning double-beam interferometer
US7430087B2 (en) * 2006-09-05 2008-09-30 International Business Machines Corporation Method and device for servo frame velocity calculations of a storage media
US9176391B2 (en) * 2008-03-10 2015-11-03 Heidelberg Instruments Mikrotechnik Gmbh Method and arrangement for displacement
US9091151B2 (en) 2009-11-19 2015-07-28 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole optical radiometry tool
WO2011078869A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-30 Halliburton Energy Services, Inc. Interferometry-based downhole analysis tool
WO2011153190A1 (en) 2010-06-01 2011-12-08 Halliburton Energy Services, Inc. Spectroscopic nanosensor logging systems and methods
CN111337876B (zh) * 2020-03-04 2022-09-27 广东博智林机器人有限公司 定位装置及目标定位方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1259580B (de) * 1959-02-24 1968-01-25 Vyzk Ustav Obrabecich Strojuu Vorrichtung zur elektromechanischen Winkelfeinmessung
GB2060940A (en) * 1979-09-21 1981-05-07 Cii Honeywell Bull Device for measuring the speed of a movable system with respect to a data carrier
DE3431040A1 (de) * 1984-08-23 1986-03-06 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn Interferometer
DE3624874A1 (de) * 1986-07-23 1988-01-28 Harm Drecoll Winkelgeber
DE3809639A1 (de) * 1988-03-22 1989-10-05 Egm Entwicklung Montage Verfahren und vorrichtung zur indirekten wegmessung
DE3826149A1 (de) * 1988-08-01 1990-02-08 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Einrichtung zur messung des drehwinkels oder der winkelstellung eines rotierenden objektes

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE241118C (de) *
BE578396A (fr) * 1958-05-14 1959-11-05 Bell Telephone Mfg Perfectionnements aux dispositifs de traduction.
GB1131466A (en) * 1966-01-20 1968-10-23 Wojslaw Jozef Milan Kamski Position digitizer apparatus
US3824587A (en) * 1972-10-25 1974-07-16 Laitram Corp Dual mode angle encoder
US3772503A (en) * 1972-11-22 1973-11-13 Laitram Corp Course difference logic for use with digital magnetic compass
US4973838A (en) * 1981-04-24 1990-11-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Pulsed laser beam deviation apparatus
JPS6262213U (de) * 1985-10-07 1987-04-17
US4899048A (en) * 1987-04-27 1990-02-06 Printware, Inc. Focused optical beam encoder of position
US4931635A (en) * 1987-12-01 1990-06-05 Teijin Seiki Company Limited Optical position sensor using Faraday effect element and magnetic scale
US5200797A (en) * 1988-08-01 1993-04-06 Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. Device for measuring the angle of rotation or of the angular position of a rotating object
US4908510A (en) * 1988-09-02 1990-03-13 The Boeing Company Optical fiber coupled resolver having a reference signal
EP0443477B1 (de) * 1990-02-21 1993-09-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Interferometer nach Michelson zur Erzeugung optischer Wegunterschiede
JP2679339B2 (ja) * 1990-03-07 1997-11-19 松下電器産業株式会社 微小変位検出装置
JPH0443784A (ja) * 1990-06-11 1992-02-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気記録信号測定方法及び装置
US5155550A (en) * 1991-05-10 1992-10-13 Barger R L Accurate correlator of rotational and translational motions and control method and apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1259580B (de) * 1959-02-24 1968-01-25 Vyzk Ustav Obrabecich Strojuu Vorrichtung zur elektromechanischen Winkelfeinmessung
GB2060940A (en) * 1979-09-21 1981-05-07 Cii Honeywell Bull Device for measuring the speed of a movable system with respect to a data carrier
DE3431040A1 (de) * 1984-08-23 1986-03-06 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn Interferometer
DE3624874A1 (de) * 1986-07-23 1988-01-28 Harm Drecoll Winkelgeber
DE3809639A1 (de) * 1988-03-22 1989-10-05 Egm Entwicklung Montage Verfahren und vorrichtung zur indirekten wegmessung
DE3826149A1 (de) * 1988-08-01 1990-02-08 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Einrichtung zur messung des drehwinkels oder der winkelstellung eines rotierenden objektes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 25, No. 11 B, April 1983, S. 6052 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4436174A1 (de) * 1994-10-10 1996-04-11 Walter Mayer Datenkopfträgervorrichtung für rotierende Massenspeicher
DE19543483A1 (de) * 1995-11-22 1997-05-28 Hannes Weigel Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Winkeln
DE19638911A1 (de) * 1996-09-23 1998-03-26 Teves Gmbh Alfred Drehwinkelsensor mit integrierter Umdrehungserkennung
DE19638911B4 (de) * 1996-09-23 2006-10-05 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Drehwinkelsensor mit integrierter Umdrehungserkennung

Also Published As

Publication number Publication date
GB2255187B (en) 1995-09-13
US5331399A (en) 1994-07-19
DE4113841C2 (de) 1997-01-09
GB2255187A (en) 1992-10-28
GB9208875D0 (en) 1992-06-10

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