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Vorrichtung zur lichtelektrischen Abtastung der Stellung eines Kreiselläufers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lichtelektrischen Abtastung der Stellung
eines Kreiselläufers, bei der der Kreiselläufer in einem Gehäuse und eine gehäusefeste,
durch eine nachgeschaltete gehäusefeste Optik scheinbar ins Unendliche gerückte
Blende vorgesehen sind, von der ein Linsensystem ein reelles Bild ins Unendliche
projiziert und eine weitere gehäusefeste Optik ein Bild der Blende in einer vorbestimmten
Ebene entwirft.
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Bekannt ist bereits eine Vorrichtung zum optischen Abtasten der Stellung,
die ein Kreiselläufer mit einem in ihm eingebauten Linsensystem in dem Gehäuse einnimmt,
in dem eine Lichtquelle dem Kreiselläufer gegenüber eingebaut ist. Bei dieser Vorrichtung
stellt das in den Kreiselläufer eingebaute Linsensystem lediglich eine zweiteilige
Sammellinse dar, die das von einer gehäusefesten Lichtquelle ausgehende Strahlenbündel,
das nach Durchgang durch den Kreiselläufer durch einen Spiegel reflektiert wird
und dabei das Linsensystem ein zweites Mal durchquert, zusammengefaßt auf eine gehäusefeste
zweite Spiegelfläche fallen läßt, die dann das Strahlenbündel über einen Ringspiegel
auf eine ringförmige Ableseskala fallen läßt. Dort bildet das Strahlenbündel einen
Lichtfleck, der abgelesen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abtasten ohne Verwendung
eines Spiegels durch lichtelektrische Abtastzellen zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei der eingangs erläuterten Vorrichtung
dadurch gelöst, daß das Linsensystem eines Keplerschen Fernrohres in den Kreiselläufer
eingebaut ist und daß in der vorbestimmten Ebene lichtelektrische Elemente in bestimmter
Zuordnung zu dem Bild der Blende angeordnet sind.
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An sich ist es nicht mehr neu, daß bei einer optischen Abtasteinrichtung,
bei der eine hinsichtlich einer ihrer physikalischen Größen abzutastende Baueinheit
in einem Gehäuse vorgesehen ist, ein Linsensystem ein reelles Bild einer gehäusefesten
Blende, die durch die nachgeschaltete gehäusefeste Optik scheinbar ins Unendliche
gerückt ist, ins Unendliche mittels Strahlen projiziert, die mittels einer weiteren
gehäusefesten Optik ein Bild der Blende in einer vorbestimmten Ebene entwerfen.
Das ist nämlich bei einem Interferometer bekannt.
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Vorzugsweise weist die Blende zwei aufeinander senkrechte Hell-Dunkel-Grenzen
auf, und für jede Grenze sind zwei gegengekoppelte lichtelektrische Elemente vorgesehen.
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Dabei kann das in den Kreiselläufer eingebaute Linsensystem mindestens
dreiteilig ausgestaltet und der Durchmesser der mittleren Linse so bemessen sein,
daß diese Linse das gesamte in den Kreiselläufer eintretende Licht der Ausgangslinse
des Kreiselläuc fers zuführt.
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Die Ausgangssignale der in Abhängigkeit von der Stellung des Kreiselläufers
gesteuerten lichtelektrischen Elemente können zur Steuerung eines Nachlaufantriebs
verwendet werden, der das Gehäuse achsgleich zur optischen Achse des Kreiselläufers
einstellt.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigt F i g. 1 den
Kreiselläufer und die gehäusefest angeordneten optischen Elemente an Hand eines
Längsschnittes in der Lage, in der die Drallachse des Läufers mit der Gehäuseachse
zusammenfällt, Fig. 2 eine Blende, F i g. 3 die optischen Elemente des in F i g.
1 gezeigten Geräts in der Lage, in der die Läuferachse gegenüber der Gehäuseachse
abgelenkt ist, F i g. 4 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung eines anderen
in den Läufer eingebauten optischen Systems und F i g. 5 das reelle Bild der Blende
in der Ebene, in der die lichtelektrischen Abtastzellen liegen.
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In dem Gehäuse 10 eines Kreiselgeräts ist mit drei Freiheitsgraden
ein kugelförmiger Kreiselläufer 11 gelagert. Zu diesem Zweck ist er von einer im
Ge häuse 10 befestigten Lagerbuchse 12 umgeben, deren Innenwandung kugelig gestaltet
ist und den Kreiselläufer 11 mit geringem Spielraum umgibt. In den Spalt wird durch
nicht näher veranschaulichte Drosselöffnungen Druckluft eingeleitet, die in dem
Spalt ein Luftkissen bildet, auf welchem der Kreiselläufer 11 schwimmt. Der Antrieb
des Kreiselläufers kann in beliebiger Weise erfolgen. Beispielsweise kann der
Läufer
den Kurzschlußanker eines Drehstrommotors darstellen, dessen Ständer von der Buchse
12 gebildet wird.
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Die nachstehend beschriebene Anordnung dient dem Zweck, durch lichtelektrische
Abtastzellen nach Größe und Richtung die Winkelabweichung der Drallachse 13 des
Läufers von der Gehäuseachse 14 abzutasten.
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Im Gehäuse 10 ist im Abstand vom Läufer eine auf der Gehäuseachse
14 befindliche Lichtquelle 15 angeordnet. Ferner trägt das Gehäuse gleichachsig
eine kreisrunde Blende 16, die in Fig. 2 in Stirnansicht wiedergegeben ist. Sie
hat zwei einander gegenüberstehende durchsichtige Quadranten, zwischen denen zwei
undurchsichtige Quadranten liegen.
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Die Blende weist also zwei aufeinander senkrechte Hell-Dunkel-Grenzen
auf.
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Diese Blende wird mittels einer am Gehäuse 10 befestigten Kondensatorlinsel6'
gleichmäßig beleuchtet. Dieser Blende ist eine gehäusefeste Optik in Gestalt eines
Objektivs 17 nachgeschaltet, durch die ein reelles Bild der Blende 16 scheinbar
ins Unendliche gerückt wird. Das ist dadurch angedeutet, daß der von der Blende
16 ausgehende Strahlengang 18 die Linse 17 parallel gerichtet verläßt. Dieser parallele
Strahlengang tritt in eine axiale Bohrung 19 des Kreiselläufers 11 ein, die zur
Drallachse 13 gleichachsig liegt. In diese Bohrung ist ein Keplersches Fernrohr
eingebaut, dessen Objektivlinse 20 ein reelles Bild 21 der Blende 16 erzeugt. Die
Okularlinse 21' des Keplerschen Fernrohrs projiziert das Bild 21 ins Unendliche
mittels eines Strahlenganges 22, der den Kreiselläufer auf der der Blende 16 entgegengesetzten
Seite verläßt. Dieser Strahlengang 22 wird nun mittels einer weiteren gehäusefesten
Optik 23 auf eine Ebene24 projiziert und erzeugt dort wiederum ein reelles Bild
25 der Blende, das in Fig. 1 durch einen Pfeil angedeutet und in F i g. 5 in Achsrichtung
betrachtet, dargestellt ist. In der Ebene 24 befinden sich vier am Gehäuse befestigte
lichtelektrische Elemente 26, die um die Gehäuseachse 14 herum verteilt sind. Vorzugsweise
sind diese Elemente gegenüber den Hell-Dunkel-Grenzen des Bildes 25 der Blende 16
ausgerichtet. Für jede Grenze sind daher zwei solche Elemente 26 vorgesehen. Diese
sind elektrisch gegengekoppelt.
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F i g. 3 zeigt, in welcher Weise sich das reelle Bild 25 verschiebt,
wenn die Läuferachse 13 gegenüber der Gehäuseachse 14 kippt.
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Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das in den Kreiselläufer
eingebaute Linsensystem dreilinsig ausgestaltet. Die mittlere Linse 27 dient dem
Zweck, das gesamte in den Kreiselläufer eintretende Licht der Ausgangslinse 21'
des Kreiselläufers zuzuführen. Das bietet den Vorteil, daß die Energie der Lichtquelle
15 besser ausgenutzt wird.
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Die Ausgangssignale der in Abhängigkeit von der Stellung des Kreiselläufers
11 gesteuerten lichtelektrischen Elemente 26 können zur Steuerung eines Nachlaufantriebes
verwendet werden, der das Ge-
häuse 10 achsgleich zur optischen Achse 13 des Kreiselläufers
11 einstellt. Zu diesem Zweck wird das Gehäuse 10 um zwei die Achse 14 schneidende
und zueinander rechtwinklige Achsen schwenkbar in einem Gestell gelagert und mit
zwei Nachlaufmotoren versehen, die Schwenkungen des Gehäuses 10 um die beiden Querachsen
herbeiführen. Diese Motoren werden von den lichtelektrischen Elementen gesteuert.
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In Fig. 1 ist eine solche Querachse mit 29 bezeichnet. Die andere
Querachse 30 erscheint in F i g. 1 als Punkt. Das Gehäuse 10 kann um die Querachse30
schwenkbar in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kardanring gelagert sein,
der seinerseits im Gestell um die Achse 29 schwenkbar ist. Dann verläuft die Achse
30 stets rechtwinklig zu den beiden Achsen 14 und 29. Der eine Nachlaufmotor ist
am Gestell befestigt und wirkt auf den Kardannug ein, während der andere Nachlaufmotor
vom Kardanring getragen wird und auf das Gehäuse 10 einwirkt.