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Vorrichtung zum Messen von linearen Strecken oder Verschiebungen Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher lineare Strekken oder Verschiebungen mit sehr grosser Genauigkeit gemessen werden können. Solche Vorrichtun-
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einem stets im selben Sinne rotierenden Aibtast- ) körper entsprechend der zu messenden Länge in seiner Längsrichtung relativ verschiebbar ist, wo- bei der Messkörper mindestens ein Muster von ge- gen seine Längsrichtung geneigt -und nebel11einan- der in, gleichem Abstand verlaufenden flussdurch- ilässigen oder flussautssendienden Streifen trägt, zwischen denen flussundurchlässige Streifen liegen,
und der Abtastkörper als modulierendes Muster nebeneinander verlaufende Schrauben-oder spi- raJtformige Streifen von konstantem Windungsab- stand trägt, die abwechselnd für den aus den
Streifen des Messkörpers austretenden Fluss durch- lässig und undurchlässig sind, welche Streifen sich zufolge der Rotation des Abtastkörpers stets wie- derkehrend quer zu den Streifen des Messkörpers i verschieben, wodurch der Fluss einer zyklischen
Modulation unterworfen ist, welche zufolge dem geneigten Verlauf der Streifen auf dem Messkör- per bei dessen relativer Längsverschiebung eine dem Betrag dieser Verschiebung proportionale
Phasenverschiebung erfährt, und dass Mittel zur
Messung dieser Phasenverschiebung vorgesehen sind, die die entprechende Längsverschiebung in
Längeneinheit anzeigen.
Das auf dem Messkörper vorgesehene Muster kann erfindungsgemäss aus durchsichtigen Streifen bestehen und der Abtastkörper eine Scheibe sein, die als modulierendes Muster eine durchsichtige und eine undurchsichtige Spirale trägt. In diesem
Falle ist wenigstens eine Lichtquelle als Quelle eines zu modulierenden Lichtflusses vorgesehen.
Auf dem Messkörper sind dann vorzugsweise meh- rere Muster von parallelen, durchsichtigen Strei- fen vorgesehen, welche die gleiche Teilung, aber verschiedene Neigungen gegen die Längsrichtung des Messkörpers haben, und es haben aufeinanderfolgende Windungen der auf der Scheibe vorgesehenen Spiralen einen Abstand voneinander, der dieser Teilung entspricht. Dabei weist die relativ zum Messkörper bewegbare Abtasteinrichtung für jedes der Muster je eine Lichtquelle und für jede
Lichtquelle einen Schlitz auf, durch welchen der
Lichtfluss hindurchgeht, nachdem er durch den
Messkörper und die Scheibe hindurchgegangen ist.
Dieser Lichtfluss fällt dann auf eine zugeord- nete photoelektrische Zelle, und mindestens einige der von diesen Zellen gelieferten Wechselströme dienen zur blitzartigen Erregung von Lichtquel- len, welche synchron mit der Scheibe rotierende
Skalen stroboskopisch beleuchten. Es ist unter
Umständen vorteilhaft, den von einer dieser Zel- len gelieferten Wechselstrom nach entsprechender
Verstärkung zur Speisung eines Synchronmotors zu verwenden, der eine rotierende Skala antreibt. Itadlesem Falle kajm man nämlich für den An- trieb der Scheibe einen Gleichstrommotorr an
Stelle eines Synchronmotors verwenden.
Es sei in diesem Zusammenhange erwähnt, dass
Messvorrichtungen, die Photozellen und strobo- skopisch beleuchtete Skalen verwenden, aus der
USA-Patentschrift Nr. 2, 510, 093 bekannt sind.
Die betreffenden Messvorrichtungen arbeiten im übrigen aber mit ganz andern Mitteln als die er- findungsgemässe Vorrichtung und sind insbeson- dere für die Fernmessung von Flüssigkeitsmengen, z. B. in Benzintankanlagen vorgesehen. Für die genaue Messung von linearen Strecken oder Ver- schiebungen, wie sie insbesondere bei Werkzeugmaschinen erforderlich ist, eignen sich diese bekannten Messvorrichtungen nicht, da die in ihnen angewendeten Spiegel im Gegensatz zu der erfindungsgemäss angewendeten Phasenverschiebungsmessung eines modulierten Flusses keine ge- nügeade Genauigkeit gewährleisten.
Bei der erfindungsgemässen Messvorrichtung kann auch ein magnetischer Fluss angewendet werden. Die Streifen des Messkörpers weichen dann durch ihren Magnetisierungszustand von einander ab, während die Abtasteinrichtung mindestens eine Schraube aus magnetisierbarem Material aufweist. Je zwei aufeinander folgende Schraubenwindungen haben dann einen Abstand voneinander, welcher der Teilung des Streifenmusters gleich ist, und die Schraube rotiert derart nahe am Messkörper, dass ein magnetischer Wechselfluss in einem der Schraube zugeordneten magnetischen Kreis erzeugt wird.
Die Phasenverschie-
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bung dieses Wechselflusses wil1d dann. gemessen und die entsprechende Längsversohldbung in
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ist in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhafter als 5 diejenige mit der rotierenden Scheibe und den
Photozellen.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Erfin- dungs-, egenistandes sind aus der nachfolgenden
Beschreibung, die auf die Zeichnungen Bezug t nimmt, ersichtlich.
Es zeigen : Fig. 1 eine Seitenansicht einer Aus- führungsifonm der Erfindung, Fig. 2 eine weitere
Seitenansicht der Ausfahrungsform gemäss Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ausführungsform 5 gemäss Fig. 1 und 2, Fig. 4 ein Prinzipschaltbild der für die Ausführungsform gemäss Fig. 1-3 verwendeten Anzeigevorrichtung, Fig. 5 eine Teil- ansicht einer Anzeigevorrichtung gemäss Fig. 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine zweite Ausfüh- rungsform der Erfindung, Fig. 7 eine Teilansicht einer.
Einzelheit der Fig. 6, Fig. 8 eine schematische
Darstellung der Anordnung gemäss Fig. 6 und 7,
Fig. 9 eine Teilansicht von Einzelheiten aus den
Fig. 6,7 und 8, Fig. 10 eine Anzeigevorrichtung für die Anordnung gemäss Fig. 6-9, Fig. 11 eine
Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform der
Erfindung, Fig. 12 ein Prinzipschaltbild einer
Messanordnung unter Verwendung der Anord- nung gemäss Fig. 11, Fig. 13 eine schematische
Ansicht zur Erläuterung einer Anwendung der
Ausführungsbeispiele gemäss den vorstehenden
Figuren, Fig. 14 eine Draufsicht auf die in Fig. 13 dargestellte Anordnung, Fig. 15 ein typisches An-
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Erfindung, Fig. 17 eine Draufsicht auf Einzelheiten der Fig. 16 und Fig. 18 eine Teilansicht eines einzelnen Bauelementes, welches bei den Anordnungen gemäss Fig. 16 und 17 verwendet wird.
Nachfolgend soll nun auf die Zeichnungen, u. zw. zunächst auf Fig. 1 eingegangen werden.
Das erste Messorgan 1 hat die Gestalt eines läng-
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zweite Messorgan wird von einer Abtastscheibe
2 gebildet, die in kleinem Abstand über der Ober- fläche der länglichen Messplatte 1 angeordnet ist, wie es Fig. 1 und 2 zeigen. Die Messplatte 1 ist mit einer ersten Reihe von länglichen und parallel zueinander verlaufenden, flussdurchleiten- den, d. h. in diesem speziellen Ausführungsbei- spiel lichtundurchlässigen Flchenteilen versehen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet sind. Des weiteren sind auf der Messplatte noch eine zweite Reihe von flussdurchleitenden Flächenteilen 4 und eine dritte Reihe von flussdurchleitenden Flächenteilen 5 angeordnet.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die erste Reihe von fluss- 'durchleitenden Flächenteilen 3 eine geringe Nèigung gegenüber dem Rand der Messplatte 1 hat, während die zweite Reihe 4 unter einer noch grösseren Neigung als die erste verläuft. Die dritte
Reihe 5 besteht aus sich quer erstreckenden Flä- chenelementen, die über die Länge der Messplatte verteilt sind.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wechseln diese lichtdurchlässigen Flächenteile der
Ausführungsform gemäss Fig. 1 bis 3 mit un- durchsichtigen Flächenteilen der Messplatte ab.
Das Licht kann nur durch die transparenten Flä- chen hindurchprojiziert werden. Bei dieser Aus- führungsform der Erfindung ist die Teilung zwi- schen diesen Flächen oder der Abstand von der Mittellinie der einen Fläche zur Mittellinie der benachbarten, gleichartigen Fläche innerhalb je- der der drei Reihen 3, 4 und 5 untereinander gleich, wobei jede Fläche eine Breite hat, die der Hälfte der Teilung P entspricht. Die Teilung kann entsprechend einer vorbestimmten Einheits- messlänge, beispielsweise gleich 1 mm gewählt werden, so dass in der Reihe 5 zehn gleichartige Flächen je Zentimeter vorgesehen sind.
Gemäss dem Grundgedanken der Erfindung weist die Abtastscheibe 2 abwechselnd undurchsichtige und transparente Abschnitte auf, die durch eine undurchsichtige, um die Scheibenachse des Abtastorgans herum angeordnete Spirale gebildet wsr- den. Die transparenten Spiralwindungen bilden eine weitere Reihe von lichtdurchlässigen Flächen, die den entsprechenden Reihen der Messplatte ge-s genüberstehen. Die Teilung P der spiraligen Windungen ist gleich der Teilung P der undurchsichtigen Flächen der Messplatte und die Breite dieser Flächen ist ebenso wie die Breite der Flächen auf der Messlatte gleich P/2.
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Unterhalb der Reihe 5 ist eine Lichtquelle 7a angeordnet, deren Licht durch eine Linse 7 und durch eine Mehrzahl von transparenten Flächen- teilen 5a der Reihe 5 hindurchstrahlt. Dieses Licht
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dungen der Abtastscheibe und eine Blende 8 mit dem'Schlitz 9 hindurch, welcher sich in Richtung der Reihe 5 über eine Mehrzahl der lichtdurchlässigen Flächenteile der Reihe erstreckt. Das Licht, welches durch die Reihe 5 und durch die transparenten Flächen der Abtastscheibe 2 und
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ten Photozelle 11 zuführt. Hiedurch ergibt sich, dass die Menge des von der Photozelle empfangenen Lichtes und der von der Photozelle erzeugte resultierende Strom von der Relativlage der spiraligen Windungen der Abtastscheibe 2 und den Flächen, der Reihe 5 abhängt.
Erfindungsgemäss wird die Abtastscheibe 2 von einem Synchronmotor 12 mit vorgegebener Drehzahl, beispielsweise mit 60 Umdrehungen pro Sekunde, angetrieben. Wenn die Abtastscheibe 2 der Fig. 3 in dem Sinne des Uhrzeigers entgegengesetzter Richtung gedreht wird, bewegen sich die spiraligen Windungen innerhalb des Schlitzes 9 mit 60 Teilungen pro Sekunde von rechts nach links. Dies hat zur Folge, dass sich die durch die
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Flächen der Spiralwindungen hindurchtretenden hat eine Lichtöffnung in Form eines Schlitzes
Lichtmengen abwechselnd entsprechend der Ab- tastfrequenz oder 60 mal pro Sekunde erhöhen und vermindern. Auf diese Weise überträgt die ; Photozelle ein Signal mit einer Frequenz, die der
Abtastfrequenz gleich ist und 60 Hz beträgt.
Wenn die Messplatte 1 und die Aibtastvorrich- tung 2 relativ zueinander in Richtung der Längs- erstreckung der Platte 1 bewegt werden und dabei eine Abtastung durchgeführt wird, entsteht in dem erzeugten Signal eine Phasenverschiebung.
Wird beispielsweise die Platte 1 innerhalb einer
Sekunde um einen Abstand, der einer Teilung entspricht, nach links bewegt, ergibt sich. eine re- 'sultierende Frequenz von 59 Hz. Wird die Platte
1 nach rechts bewegt, entsteht eine resultierende
Frequenz von 61 Hz. Durch eine Relativver- schiebung um eine Teilung oder 1 mm entsteht
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bestimmten Zeitdauer erfolgen muss ; vielmehr kann die Bewegung stetig oder auch unstetig S durchgeführt werden. Die Angabe, dass. die Re- lativbewegung innerhalb einer Zeitdauer von ei- ner Sekunde durchgeführt wird, diente lediglich zur Erläuterung.
Des weiteren bewirkt jede Re- lativverschiebung, die kleiner ist als die vorste- hend genannte Grösse, d. h. kleiner als 1 mm, eine proportionale, entsprechend kleinere Pha- senverschiebung des erzeugten Signales. Das von der Photozelle 11 erzeugte Signal wird im Ver- stärker 13 verstärkt und einer stroboskopischen
Lichtquelle 14 zugeführt. Die Lichtquelle 14 dient dazu, über eine Blende 15 einen Teil 15a einer
Anzeigescheibe 16 zu beleuchten, welche mit ei- nem Synchronmotor 17 in Umdrehung versetzt wird. Der Synchronmotor 17 wird mit einem
Strom gespeist, der aus der gleichen Quelle kommt wie der des Motors 12, so dass. die Scheibe
16 mit gleicher Drehzahl angetrieben wird wie die Abtastscheibe 2.
Die Lichtquelle 14 beleuch- tet einen Teil der Scheibe 16, welcher in Hun- dertsteln derjenigen Längenmasseinheit geeicht sein kann, die dem gegenseitigen Abstand der lichtdurchlässigen Flächenteile 5a entspricht. Da das Signal, welches der stroboskopischen Licht- quelle 14 zugeführt wird, solange die Abtastvor- richtung und der Messstreifen nicht relativ zueinander bewegt werden, eine Frequenz aufweist, die der Abtastfrequenz entspricht, bringt die Lichtquelle die Scheibe optisch zum Stillstand, so dass stets der gleiche Teil der Scheibe entsprechend der erzeugten Frequenz beleuchtet wird.
Wenn jedoch die stroboskopische Lichtquelle 14 infolge der Phasenverschiebung zu einem andern Zeitpunkt zündet, beleuchtet sie einen andern Teil der Anzeigescheibe. Hiedurch ergibt sich eine unterschiedliche Anzeige.
Eine zweite Lichtblende 19 ist oberhalb der Reihe 3 und 4 angeordnet. Die Lichtblende 19
20, der quer zur Messplatte 1 gerichtet ist und sich über die Reihe 3 erstreckt, und einen zweiten
Schlitz 21, der über der Reihe 4 angeordnet ist.
Die Lichtquellen 22 und 23 werfen ihr Licht durch die unterhalb dieser Schlitze angeordneten
Linsen 24 und 25 und durch die transparenten Windungen der Spirale, so dass das Licht von den Photozellen 26 bzw. 27 empfangen wird.
Zwischen der Blende 19 und den Photozellen 26 und 27'können noch zusätzliche Linsen 28 und 29 angeordnet werden, um das Licht an den Photozellen 26 und 27 zu fokussieren. Die Windungen der Spirale der Abtastvorrichtung dienen dazu, den durch die Reihen 3 und 4 hindurchtretenden Lichtfluss in ähnlicher Weise wie beim Abtasten der Reihe 5 zu modulieren. Die Abta- stung geschieht in diesem Fall jedoch quer zur Platte 1. Wenn die Abtastscheibe 2 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn rotiert, erfolgt die Abtastung wie aus Fig. 3 ersichtlich, in radialer Richtung von aussen nach innen und quer zu der in Fig. 3 dargestellten Messlatte.
Die Reihe der flussleitenden bzw. lichtdurchlässigen Flächenteile 3 hat gegenüber der Längsachse der Platte 1 eine stetige Steigung. Vorzugs- weise ,beträgt die Steigung der Reihe 3 für einen in Längsrichtung der Platte 1 gemessenen Ab- ! stand von 100 mm in der Querrichtung eine Teilungseinheit. Anderseits beträgt die Steigung für die Reihe 4 für einen in Längsrichtung der Platte
1 gemessenen Abstand von 10 mm eine Teilung- einheit. Somit entspricht der Abstand zwischen den Mittellinien der Flächenteile in den Reihen
3 und 4, in Längsrichtung der Platte 1 gemessen, bestimmten Vielfachen der Grundmasseinheit, die für die Reihe 5 verwendet wird.
Wenn die Abtastscheibe 2 mit der vorgegebe- nen Drehzahl von 60 Umdrehungen pro Sekunde gedreht wird, erhalten die von den Photozellen
26 und 27 erzeugten Signale eine Frequenz von
60 Hz. Werden nunmehr die Abtastscheibe 2 und die Platte 1 relativ zueinander in bezug auf die J
Fig. 3 von links nach rechts oder von rechts nach links bewegt, scheinen sich die Flächenteile der Reihe 3 und die Flächenteile der Reihe 4 unter den Schlitzen 20 und 21 in Querrichtung zu bewegen, obwohl sie sich tatsächlich in Richtung der Relativbewegung verschieben. Für die Reihe 3 ist eine räumliche Relativbewegung von 100 mm erforderlich, damit eine Verschiebung der Flächenteile um eine Teilung parallel zur Abtastrichtung erfolgt.
Diese Verschiebung bedeutet 1 für das von der Photozelle 26 übertragene Signal eine Phasenverschiebung um 3600. Bei der Reihe 4 muss die Abtastscheibe 2 gegenüber der Platte 1 um 10 mm räumlich bewegt werden, damit eine Verschiebung der Flächenteile der Reihe i : um eine Teilung erfolgt ; diese Verschiebung entspricht einer Phasenverschiebung um 3600 für das von der Photozelle 27 erzeugte Signal. Für ge- ringere Verschiebungen entstehen an den Photo-
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zellen 26 und 27 in entsprechendem Verhältnis kleinere Phasenverschiebungen.
Das von der Photozelle 27 erzeugte und übertragene Signal wird mit, dem Verstärker 30 ver- stärkt und einer strob09kopischen Lichtquelle 31 zugeführt, mit der ein Abschnitt 32 der Anzeigescheibe 16 beleuchtet wird. Das von der Photozelle 26 erzeugte und übertragene Signal wird vom Verstärker 33 verstärkt und einer dritten stroboskopischen Lichtquelle 34 zugeführt, die dazu dient, einen dritten Abschnitt 35 der An- zeigescheibe 16 zu'beleuchten.
In jedem der Abschnitte 15a, 32 und 35 sind geeichte Skalen angebracht, die auf Kreisen um die Achse der Scheibe 16 herum verlaufen. Die sich über 3600 erstreckenden Skalen der Abschnitte 15a, 32 und 35 entsprechen Längen von 1 mm,
10 mm und 100 mm.
Da für die Reihe 3 eine Längsverschiebung um 100 mm erforderlich ist, um eine Phasenverschiebung von 360 zu bewirken, ist. der Abschnitt 35 in Einheiten von 10 mm und 1 mm unterteilt.
Da für die Reihe 4 eine Längsverschiebung von 10 mm erforderlich ist, um eine Phasenverschiebung von 3600 hervorzurufen, kann der Abschnitt 32 in Einheiten von 1 mm und 1/10 mm unterteilt sein.
Auf diese Weise arbeiten die Abtastscheibe 2 und die Platte 1 als Signalerzeuger zusammen und liefern ein zyklisches. Signal, dessen Phasenlage genau proportional der Verschiebung der Platte 1 gegenüber der Abtastscheibe 2 ist. In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, die Platte 1 stationär anzuordnen. In diesem Falle wird die Phasenverschiebung dadurch bewirkt, dass man die Abtastvorrichtung mit der Abtastscheibe 2 und dem Motor 12 räumlich bewegt.
Eine zuvor festgelegte Phasenverschiebung von beispielsweise 3600 in jedem zyklischen Signal entspricht einer zuvor festgelegten Messlänge oder einem zuvor festgelegten Vielfachen oder auch Bruchteil der zuvor festgelegten Einheitsmesslänge.
In den Fig. 6 bis 10 ist ein weiteres Ausfüh- rung9beispiel, dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird an Stelle des im Ausführungsbeipiel gemäss Fig. 1-5 verwendeten Lichtflusses ein magnetischer Fluss verwendet. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein länglicher, magnetischer Speicherkörper 40 oder ein Messband vorgesehen, welches eine Mehrzahl von in Reihen angeordneten, magnetischen Flächenteilen aufweist. Die erste Reihe ist mit dem allgemeinen Bezugszeichen 41, die zweite Reihe mit dem Bezugszeichen 42 und die dritte Reihe mit dem Be- zugszei, c, h, en 43 versehen. jeder dieser Reihen ist ein durch eine Schraube 44, 45 bzw. 46 gebildeter Abtaster zugeordnet, welche unmittelbar über dem Messband 40 angeordnet sind.
Die Abtaster 44, 45 und 46 werden von Schraubenkörpern gebildet (Fig. 7), die alle auf einer gemeinsamen Welle 48 angeordnet sind und von einem Motor 49 angetrieben werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist in jeder Reihe des Messbandes eine Mehrzahl von Flächenteilen angeordnet, von denen abwechselnd jeweils eines magnetisch ist und eines nicht. Die magnetischen Flächenteile sind in Längsrichtung magnetisiert, d. h., die theoretischen Nord- und Südpole sind in Längsrichtung über das Messband 40 verteilt.
Die Teilung P zwischen den einzelnen Gängen der Abtastschrauben entspricht der Teilung der magnetisierten Flächen, genau so wie die Teilung P zwischen den Spiralwindungen des in Fig. 3 dargestellten Abtasters der Teilung der Flächenteile entspricht. Die Abtastschraubenkör- per 44, 45 und 46 können aus Mu-Metall oder einem ähnlichen Material mit relativ hoher An-
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Wie insbesondere aus Fig. 8 ersichtlich, sind unterhalb des Messbandes 40 Abnehmerspulenanordnungen 50, 51 und 52 vorgesehen. Jede dieser Abnehmerspulen, die untereinander gleichartig ausgebildet sind, Mt jeweils einem der Abtaster 44, 45 und 46 zugeordnet. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, besteht jede Abnehmerspule aus einem aus Mu-Metall bestehenden, schleifenartig ausgebildeten Magnetkern 53, welcher durch eine Induktionsspule 54 hindurchgeführt ist. Die Schenkel des Kernes liegen in Längsrichtung des Messbandes 40 auseinander, wobei der eine Schenkel 54a unterhalb der Achse der Abtastschraube, im vorliegenden Falle der Schraube 44, angeordnet ist.
Der andere, nicht bezeichnete Schenkel ist etwas vom Schenkel 54a entfernt, befindet sich jedoch ebenfalls noch unterhalb der Abtastvorrichtung.
Auf diese Weise ist ein Pfad für den magnetischen Fluss geschaffen, der über die magnetisierten Flächenteile, den Abtaster, den Magnetkern und die Induktionsspule führt. Wenn die Abtastschraube mit zuvor festgelegter Drehzahl, beispielsweise mit 60 Umdrehungen pro Sekunde, gedreht wird, bewegen sich die Gänge der Schraube mit einer Frequenz von 60 Flächenteilen je Sekunde über die magnetisierten Flächenteile hinweg.
Die Gewindegänge der Abtastvorrichtung 44, die gleichmässig verteilte, magnetflussübertragende Elemente bilden, schaffen eine überbrük- kung bzw. einen Nebenschluss für den von den magnetisierten Flächen des Messbandes 40 ausgehenden Magnetfluss. Eine maximale magnetische Nebenschlusswirkung wird immer dann erreicht, wenn sich die Gewindegänge 58'des Abtasters unmittelbar über den magnetisierten Flächenteilen befinden, während die geringste magnetische Nebenschlusswirkung auftritt, wenn sich die Gewindegänge zwischen zwei benachbarten, magnetischen Fluss übertragenden Flächen befinden. Durch eine Bewegung der Gewindegänge gegen- über den Flächenteilen entsteht eine Änderung des magnetischen Flusses in der Magnojkernschlei- fe 53.
Auf diese Weise bewirkt eine Rotation des Abtaster 44, dass dieser den Magnetfluss moduliert und in der Spule 54 ein Signal von verän-
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derlicher Amplitude induziert. Wenn der Abtaster mit einer Frequenz von 60 Umdrehungen pro Sekunde gedreht wird, wird der Fluss 60mal je Sekunde moduliert, so dass in der Spule 54 ein Signal mit 60 Hz induziert wird.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Reihe 43 parallel zur Längsachse des Messbandes 40. Hiedurch erhält das in der Spule 52 erzeugte Signal eine Frequenz, die der Drehzahl des Motors 49 entspricht, ohne dass eine Phasenverschiebung auftreten könnte. Dieses Signal wird im Verstärker 56 verstärkt und einem Syn, chronmotor 57 z-ugeführt. Der Synchronmotor 57 versetzt eine Anzeigescheibe 58 in Umdrehungen, die der Anzeigenscheibe 16 der Fig. 4 ähnlich ist. Durch diese Anordnung kann als Motor 49 ein Gleichstrommotor mit veränderlicher Drehzahl verwendet werden, da sich die Anzeigenscheibe 58 bezüglich ihrer Drehzahl der Drehzahl des Motors 49 und der Abtastfrequenz anpasst.
Die zwei einen Magnetfluss aussendende Rei- hen 41 und 42 haben gegenüber der Längsachse des Messbandes 40 in ähnlicher Weise wie die
Reihen 3 und 4 der Fig. 3 eine zuvor festgelegte
Steigung. Beispielsweise steigt die Reihe 42 je
Längeneinheit von 1 mm um eine Teilung P an.
Die Reihe 41 steigt dagegen je Längeneinheit von
10 mm um eine Teilung P an. Eine räumliche Re- lativbewegung zwischen den Abtastern und dem
Messband 40 mit den darauf befindlichen Flä- chenteilen in einer Richtung parallel zur Längs- erstreckung des Messbandes 40 hat in gleicher
Weise wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 eine zuvor festgelegte Phasenänderung des er- zeugten Signales zur Folge.
Das Signal, welches mit der Spulenanordnung 50 erzeugt wird, kann mit einem Verstärker 59 verstärkt und zum Zün- den einer stroboskopischen Lichtquelle 60 ver- wendet werden. Das Signal, welches von der
Spulenanordnung 51 erzeugt wird, kann mit ei- nem Verstärker 61 verstärkt und damit eine stro- boskopische Lichtquelle 62 gespeist werden. Das
Licht dieser zwei Lichtquellen 60 und 62 be- leuchtet durch eine Blende 63 hindurch die An- zeigeskalen 64 und 65 der Scheibe 58. Beispiels- weise kann die Skala 64 in Einheiten von 1 mm und 1/10 mm und die Skala 65 in Einheiten von 1/10 mm und V/o mm geeicht sein.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass durch den Antrieb des Synchronmotors 57 in Abhängigkeit vom Abtastvorgang des Tasters 46 sichergestellt wird, dass der Motor 57 mit der gleichen Drehzahl umläuft wie die Abtastvorrichtungen. Die Wirkung Ist die gleiche, wie wenn der Gleich- strommotor 4. 9 und der Synchronmotor 57 auf der gleichen Achse angeordnet wären. Des weiteren kann auch in gewissen Fällen auf die Reihe von gleichmässig verteilten magnetflussaussendenden Flächen 43 verzichtet werden und die Anzei- gesdbeibe mit dem Gleichstrommotor an Stelle des Motors 57 angetrieben werden. Im übrigen ist für die beschriebene Anordnung eine genaue und konstante Drehzahl nicht erforderlich.
Um die
Abtastvorrichtungen und die Anzeigenscheibe in Rotation zu versetzen, könnte auch, wenn es sich um gleiche Drehzahlen handelt, ein durch Luftströmung betätigter Motor verwendet wer- den. Bei Verwendung eines sokhm Luftmotors würde die Drehzahl beachtlich schwanken, doch könnte die Anordnung trotzdem arbeiten, da die von den Abtastvorrichtungen 44 und 45 erzeugte Grundfrequenz der Drehzahl entsprechen wür- de. Das gleiche Antriebsverfahren für die Anzeigescheibe 58 könnte auch bei der Ausführung- form gemäss Fig. 3 angewendet werden, indem man flussübertragende Flächen anordnet, die sich parallel zur Längsachse der Messplatte erstrecken.
Die Fig. 11 und 12 erläutern ein weiteres Aus- führungstbeispiel der Erfindung. Bei dieser Aus- führungsform der Erfindung sind die mit Abstand angeordneten magnetisierten Flächen 71 über die Länge eines Messban'des 70 in ähnlicher Weise verteilt wie die lichtdurchlässigen Flächen 5a der Fig. 3. Diese magnetisierten Flächen sind jeweils i um eine Teilung P voneinander getrennt, entspre- chend einer zuvor festgelegten, linearen Messgrösse von beispielsweise 1 mm.
Bei dieser Aus- führungsform der Erfindung komen die einzelnen magnetisierten Flächen 71 so angeordnet werden, dass ihre theoretischen Nord- und Südpole in Abstand voneinander und quer zur Ebene des Messbandes 70 angeordnet sind, wobei die Flächen zwischen den vorgenannten magnetisierten Flächen entweder keine Polarität oder entgegengesetzte Polarität aufweisen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden die durch Schrauben 72 und 73 gebildeten Abtaster von einem Synchronmotor 74 angetrieben. Der Motor 74 erhält seine elektrische Antriebsenergie von der einen Phase einer dreiphasigen Stromquelle 75. Unterhalb der Abtaster 72 und 73 sind magnetische Abnehmeranordnungen 76 bzw. 77 angeordnet. Zu jeder dieser Abnehmeranordnungen gehört eine Induktionsspule 78 bzw. 79.
Bei : dieser Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der eine Schenkel des Abnehmermagnetkernes in der Längsrichtung des Messstreifens 70, während bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6-9
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tet ist. Die Modulation des magnetischen Flusses mittels der Abtaster 72 und 73 erfolgt jedoch in ähnlicher Weise wie bei den Abtastern 44, 45 und 46. Die Abtaster 72 und 73 dienen dazu, den magnetischen Fluss mit einer Frequenz zu modul lieren, die'der Abtastfrequenz entspricht, wobei in den Spulen 78 und 79 ein zyklisches Signal induziert wird.
In gleicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen bewirkt eine räumliche Relativverschiebung zwischen den 1 Messstreifen und den Abtastern eine Phasenlagen- änderung, die der Grösse der Relativverschiebung proportional ist.
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Der Abtaster 73 ist mit Gewindegängen versehen, deren Teilung (Ganghöhe) gleich der Teilung zwischen den magnetisierten Flächen 71 ist.
Der Abtaster 72 dagegen ist eine zehngängige Schraube, deren einzelne Gewindegänge eine dem Zehnfachen der Teilung zwischen den mafgnetisijr- ten Flächen 71 entsprechende Ganghöhe besitzen, so dass bei einer Umdrehung des Abtasters 72 zehnmal so viel Gewindegänge die magnetisierten Flächen 71 abtasten als dies beim Abtaster 73 der Fall ist. Auf diese Weise moduliert der Abtaster 73, wenn die beiden Abtaster 72 und 73 - mit gleicher Drehzahl bewegt werden, den magnetischen Fluss mit einer Frequenz, die der Rotationsfrequenz entspricht, während der Abtaster 72 ein Signal erzeugt, dessen Frequenz zehnmal so gross ist.
Das Signal vom Abtaster 73 wird mit dem Verstärker 79a verstärkt und in die Rotorwicklungen eines Drehfeldnehmers 80 eingespeist. Die Statorwicklungen des Drehfeldnehmers 80 werden aus der dreiphasigen Stromquelle 75 gespeist. Der Rotor 81 des Drehfeldnehmers trägt eine Anzeigetrommel 82, die in Einheiten von 1/10 mm und i Vioo mm geeicht ist. Solange das vom Abtaster 73 erzeugte und in die Rotorwicklungen eingespeiste Signal die gleiche Frequenz hat wie das aus der dreiphasigen Stromquelle 75 kommende Signal, bleibt der Rotor 81 unbewegt. Sobald jedoch zwischen dem Abtaster und dem Messstreifen 70 eine räumliche Relativbewegung erzeugt wird, so dass eine Phasenlagenänderung auftritt, verdreht sich der Rotor 81 um einen der Phasenverschiebung entsprechenden Winkel.
Wenn beispielsweise die relative Verschiebung 0, 5 mm oder einer halben Teilung entspricht, erleidet das vom Abtaster 73 erzeugte Signal eine Phasenverschiebung von 1800, wodurch der Drehfeldnehmer seinen Rotor 81 um. 1800 verdreht und auf der Trommel die Anzeige 0, 50 zur Schau stellt, womit die beiden Signale wieder phasengleich sind.
Das vom Abtaster 72 gelieferte Signal hat eine zehnmal so grosse Frequenz wie das Signal vom Abtaster 73. Mit Hilfe eines elektronischen Frequenzteilerkreises 83 wird die Frequenz durch 10 geteilt. Das resultierende Signal wird im Verstärker 84 verstärkt und einem Phasenwinkelsummierungskreis 85 zugeführt. Ein zweites Drehfeldsystem dessen Statorwicklungen ebenfalls aus einer dreiphasigen Stromquelle 75 gespeist werden, ist mit seinem Rotor an eine Anzeigetrommel 87 angekoppelt, auf der die vollen MilHmeterbeträge abgelesen werden können. Die einphasigen Rotorwicklungen schicken das durch die StatorwicMungen iriduzierte Signal in den Summieruügskreis 85. Der Summierungskreis dient dazu, die Phasenbeziehungen der Signale zu vergleichen, die vom Verstärker 84 und von'den Rotocwicklungen des Drehfeldsystems 86, dort eingespeist werden.
Dieser Phasenvergleich kann in bekannter Weise mit Gasentladungsröhren so erfol- gen, dass ein Gleichspannungsausgangssignal ent- steht, das dem Gleichstrommotor M zugeführt wird. Der Gleichstrommotor 88 ist mit einem Ge- triebe an die Rotorwelle 89 angekoppelt. Wenn die dem Summierungskreis zugeführten Signale phasengleich sind, entsteht kein Gleichspannungs- ausgangssignal. Besteht jedoch zwischen ihnen ei- ne Plhasen. verschiebung, so wird ein Gleichspan- nungsausgangssignal erzengt, welches den Motor
88 erregt und eine Verdrehung des Rotors des Drehfeldsystems 86 und der Anzeigetrommel 87 bewirkt. Wenn die beiden Signale untereinander eine Phasenverschiebung von 180"anweisen, wird auch der Rotor des Drehfeldsystems 86 um 1800 verdreht.
Tritt eine geringere oder grössere Phasenverschiebung auf, wird der Rotor entsprechend um einen geringeren oder grösseren Betrag ver- dreht.
Das mechanische Zählwerk 90 ist mit einem Fenster 91 versehen, in, dem, die Anzahl der Um- drehungen des Rotors 89 his 1000. abgelesen wer- den kann. Da eine Umdrehung des Rotors 89 und der Trommel 87 einem Zentimeter entspricht, lässt sich die Verschiebung in Zentimeter-Einhei- < ten ablesen.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass das Zusammenwirken der zehngängigen Abtastschraube 72 und des Frequenzteilerkreises 83 dazu dient, den Phasenvenschiebungsbetrag durch 10 zu teilen.
Beispieqsweise erzeugt, wenn mit 60 Umdrehungen in der Sekunde abgetastet-wird, der Abtaster 73 ein Signal von 60 Hz, während das Signal vom Abtaster 72 eine Frequenz von 600 Hz hat.
Eine lineare Verschiebung des Messbandes 70 um ! einen Betrag, der einer Teilung oder 1 mm ent- spricht, bewirkt in dem vom Abtaster 73 erzeugten Signal eine Momentanf. requenz von entweder 59 oder 61 Hz, je nach der Richtung : der A5- tastung und der Bewegungsrichtung des Messban- des 70. Diese gleiche Bewegung bewirkt für das vom Abtaster 72 erzeugte Signal eine Momentanfrequenz von entweder 599 oder 601 Hz.
Nach der Teilung durch den elektronischen Frequenzteilerkreis 83 hat dieses Signal entweder eine
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te Signal die gleiche Grundfrequenz, die auch an der dreiphasigen Stromquelle und an den Rotorwicklungen des Drehfeldsystems M anliegt, wobei jedoch eine vorgegebene Verschiebung'des Messbandes 70 bezüglich : des vom Verstärker 84 zugeführten Signales eine Phasenverschiebung erzengt, die einem Bruchteil der entsprechenden Phasenverschiebung des vom Verstänker 79a zu-1 geführtenSignalesentspricht.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform verwendet also zwei Abtaster und eine einzige Reihe von mit Abstand angeordneten, magnetflussaussendenden Flächen, wobei jeder Abtaster 1 eine Reihe von magnetflussleitenden oder magnetflussübertragenden Flächen aufweist, die mit glei-
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45chem Abstand angeordnet sind wie die magne- tischen Flächen auf dem Messband 70. Hiebei be- trägt jedoch die Teilung der in Reihen angeordne- ten Flächen an der einen Abtastverrichtung ein
Mehrfaches der Teilung ; der Flächen an der an- der, n Abtastvorrichtung. Auf diese Weise ist eine
Ablesung der Verschiebung in Vielfachen und in
Bruchteilen der Einheitsmesslänge möglich.
Die Fig. 13 und 14 zeigen, in welcher Weise die Messbänder oder Messplatten und die Abtast- vorrichtungen gelagert werden können. Die Mess- platte ist bei diesem Beispiel aJs flexibles, magne- tisches Speicherlband 110 aus rostfreiem Stahl ausgebildet und ähnelt den bei den Ausführungs- beispielen gemäss Fig. 6 und 11 verwendeten. Das Messband 110 ist einer Vorspannung ausgesetzt und wird von einer aus Stahl bestehenden, star- ren Unterstützung 111 in einer Ebene ausgerichtet. Ein Gehäuse 112 enthält die Abtastvorrich- tungen, die von einem Motor 113 angetrieben werden, und wird von einem geeigneten (nicht dargestellten) Schlitten so unterstützt und ge- führt, dass sich die Abtaster und das Messband
110 körperlich nicht berühren können.
Auf die- se Weise kann das Gehäuse mit den Abtastern von einem Ende des Supportes 111, wie in Fig. 14 gestrichelt eingezeichnet, zum andern bewegt wer- den, um dabei die Bewegungsgrösse an jeder Stel- le entlang dieses Pfades in einer Messgrösse za messen, die der Phasenlagenänderung des erzeug- ten Signales proportional ist.
Fig. 15 zeigt das Gehäuse für die in Fig. 12 dargestellte Anzeigevorrichtung. Am Fenster 91 lässt sich die Verschiebung in Zentimetern als Einer, Zehner und Hunderter ablesen. Ein Zählwerkrückstellknopf 115 dient zur Nulleinstellung der Anzeigevorrichtung an einer beliebigen Stel- le der gesamten Länge des Messbandes 110. Die nebeneinander angeordneten Trommeln 81 und
82 befinden sich unter einem Fenster 116, ülber welchem sich ein Ablesestrich 117 erstreckt, um die angezeigte Verschiebung genau ablesen zu können. Auf der Trommel 81 kann die Verschiebung in Millimetern und auf der Trommel 82 in Zehntel und Hundertstel Millimetern abgelesen werden. Bei der in Fig. 15 dargestellten Anzeige sind aso 9533, 33 mm abzulesen.
Die Fig. 16,17 und 18 zeigen eine Ausführungsform, die mit Lichtstrahlen arbeitet und als Abtaster eine archimedische Spirale 120 verwendet, die der Abtastvorrichtung 2 der Fig. 1 ähnlich ist. Das Messband 121 besteht bei dieser Ausfülhrungsform jedoch aus undurchsichtigen und transparenten Flächen, die abwechselnd angeordnet sind und deren gegenseitiger Abstand einer Teilung von 0, 1 mm entspricht, wie es sohematisch in Fig. 18 dargestellt ist. Eine Lichtquelle 122 wirft ihr Licht durch eine Kollimatorlinse 123, ein Prisma 124 und das Messband 121. Das Licht fällt durch die lichtdurchlässigen Flächenteile des Messbandes 121 und durch eine Licht- : blende 125 mit einem Schlitz 126 (Fig. 18) und überträgt somit das Lichtbild.
Eine Vengrösse- rungslinse 129, die in d) er Lage Ist, das empfan- gene Bild auf einen zehnfachen Durchmesser zu vergrössern, projiziert dieses Bild durch die Ab- tasst : Scheibe 120. Das durch die Scheibe hindurch projizierte Bild Ist dem in Fig. 18 dargestellten
Bild ähnlich mit Ausnahme der Tatsache, dass es in Durchmesserrichtung auf'das Zehnfache vergrössert ist. Auf diese'Weise besteht das Bild aus einer Reihe von abwechselnd hellen und dunk- len Flächen mit einer Teilung, die der Teilung der Spirale entspricht. Das durch die Abtastscheibe 120 hindurchtretende Licht wird mit einer
Linse 127 auf eine, Photozelle 128 gerichtet.
Die Bewegung der lichtdurchlässigen Flächen der Spi- rale gegenüber dem auf die Spirale projizierten
Bild hat zur Folge, dass der zur Photozelle 128 übertragene Lichtfluss in ähnlicher Weise modu- liert wird wie bei der Ausführungsform gemäss
Fig. 1, 2 und 3. Bei diesem in den Fig. 16, 17 und 18 dargestellten System wird eine Phasen- verschiebung des Signales um 3600 ibereits bei einerVerschiebungdesMessbandes121gegenüber der Abtastvorrichtung um 0, 1 mm erzielt. Auf diese Weise kann die Ablesung der Verschiebung genau in Einheiten von 1/10 mm erfolgen, wenn man die zuvor beschriebene Anzeigevorrichtung verwendet.
Es können auch noch andersartig ausgebildete Anzeigevorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise lassen sich Phasenverschiebungsanzeiger, die entprechend einer linearen Messgrösse geeicht sind, verwenden, die dazu dienen, die Phasenlagen von zwei Signalen miteinander zu vergleichen, wobei die Frequenz des einen Signales der Abtastfrequenz entspricht und das andere Signal durch die Abtastwirkung der Vielzahl von flussübertragenden Flächen auf dem Messband erzeugt wird.
Bei jeder Ausführungsform der Erfindung werden eine Mehrzahl von flussleitenden Flächen geradlinig mit Abstand angeordnet und ein zyklisches Signal dadurch erzeugt, dass man eine Mehr-] zahl dieser Flächen mit einer im wesentlichen konstanten Frequenz abtastet. Neben seiner üb- lichen Bedeutung soll unter dem in der vorste- henden Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen verwendeten Ausdruck #Fluss" auch der Lichtfluss, d. h. die von einer Lichtquelle kommende Lichtstrahlung verstanden werden. Bei jeder Ausführungsform der Erfindugn entspricht der Abstand der Flächenteile einer zuvor festgelegten Phasenverschiebung in einem zyklischen Si- 1 gnal.
Eine Relativverschiebung zwischen den Albtastvorrichtungen und den Flächenteilen hat eine entsprechende Phasenlagenänderung des erzeugten Signales zur Folge, die dazu verwendet wird, eine in Einzelheiten einer linearen Messgrösse ge- 1 eichte Anzeigevorrichtung zu betätigen. Infolge der Tatsache, dass stets eine Mehrzahl von Flä-
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chen abgetastet wird, ergibt sich eine Mittelwert- bildung, und die zu messende Verschiebungsgrösse ist allein. durch die Länge der Messplatte oder des
Messbandes begrenzt. Die Relativverschiebung zwischen Messband und Abtastanordnung kann entweder schnell oder langsam erfolgen; hört die Relativbewegung auf, gibt die Anzeigevor- richtung stets eine genaue Anzeige der Verschie- buingsgrösse.
Wenn auch vorstehend lediglich einige Ausführungsformen der Enfindung dargestellt und beschrieben wurden, soll noch darauf hingewiesen werden, dass es sich hiebei nur um schematische und erläuternde Angaben handelt und dass die Erfindung innerhalb ihres Rahmens vom Fachmann noch in vielfältiger Beziehung abgewandelt werden kann. Austelle der beispielsweise angegebenen Einheitsmessgrösse, bzw. Einheitstellung vom l mm können ebenso andere Längeneinheiten, wie Zentimeter, Zoll oder auch beliebige Bruchteile dieser Masse verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Messen von linearen Strek ken oder Verschiebungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein streifen-oder bandförmiger Messkörper gegenüber mindestens einem stets im selben Sinne rotierenden Abtastkörper entsprechend der zu messenden Länge in seiner Längsrichtung relativ verschiebbar ist, wobei der Messkörper mindestens ein Muster von gegen seine Längsrichtung geneigt und nebeneinander in gleichem Abstand verlaufenden flussdurchlässigen oder fl.
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Streifen trägt,durchlässige Streifen liegen, und der Abtastkörper als modulierendes Muster nebeneinander verlau- fende schrauben-oder spiralförmige Streifen von konstantem Windungsabstand trägt, die abwech- selnd für den aus den Streifen des Messkörpers austretenden Fluss durchlässig und undurchlässig sind, welche Streifen sich zufolge der Rotation des Abtastkörpers stets wiederkehrend quer zu den Streifen des Messkörpers verschieben, wo- durch der Fluss einer zyklischen Modulation un- terworfen ist, welche zufolge dem geneigten Ver- lauf der Streifen auf dem Messkörper bei dessen relativer Längsverschiebung eine dem Betrag die- ser Verschiebung proportionale Phasenverschie- bung erfährt,
und dass Mittel zur Messung dieser
Phasenverschiebung vorgesehen sind, die die ent- sprechende Langsve. rschie. bung In Längeneinheiten anzeigen.