DE1259585B

DE1259585B - Device for photoelectric scanning of the position of a rotor

Info

Publication number: DE1259585B
Application number: DE1965A0049268
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Kundler
Original assignee: Anschuetz and Co GmbH
Current assignee: Raytheon Anschuetz GmbH
Priority date: 1965-05-20
Filing date: 1965-05-20
Publication date: 1968-01-25

Description

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.Device for photoelectric scanning of the position of a rotary rotor The invention relates to a device for photoelectric scanning of the position of a rotary rotor, in which the rotary rotor in a housing and a housing-fixed, seemingly infinite thanks to a downstream optics attached to the housing Aperture are provided from which a lens system provides a real image to infinity projected and a further housing-fixed optics an image of the aperture in a predetermined Level designs.

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. A device for optically scanning the position is already known which a rotary rotor with a lens system built into it occupies in the housing, in which a light source is installed opposite the rotor. With this device The lens system built into the rotor is only a two-part system Converging lens, which emits the bundle of rays emanating from a light source fixed to the housing, which is reflected by a mirror after passing through the rotor and thereby traverses the lens system a second time, summarized on a housing-fixed second mirror surface can fall, which then the bundle of rays over a ring mirror drops on a ring-shaped reading scale. There the bundle of rays forms one Light spot that can be read.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abtasten ohne Verwendung eines Spiegels durch lichtelektrische Abtastzellen zu ermöglichen. The invention is based on the object of scanning without use of a mirror by photoelectric scanning cells.

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. According to the invention, this object is in the case of the device explained at the beginning solved in that the lens system of a Kepler telescope in the rotor is built in and that photoelectric elements in certain in the predetermined plane Assignment to the image of the aperture are arranged.

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. In itself it is no longer new that in an optical scanning device, in the case of a structural unit to be scanned with regard to one of its physical quantities is provided in a housing, a lens system a real image of a housing fixed Aperture that seems to infinite due to the downstream optics attached to the housing is moved, projected into infinity by means of rays, which by means of another Housing-mounted optics create an image of the aperture in a predetermined plane. This is known from an interferometer.

Vorzugsweise weist die Blende zwei aufeinander senkrechte Hell-Dunkel-Grenzen auf, und für jede Grenze sind zwei gegengekoppelte lichtelektrische Elemente vorgesehen. The diaphragm preferably has two mutually perpendicular light-dark boundaries on, and two negative feedback photoelectric elements are provided for each boundary.

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. The lens system built into the rotary rotor can at least designed in three parts and the diameter of the central lens be dimensioned so that this lens absorbs all the light from the output lens entering the rotor of the Kreiselläuc fer feeds.

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. The output signals depending on the position of the rotor controlled photoelectric elements can be used to control a follow-up drive are used, the axis of the housing to the optical axis of the rotary rotor adjusts.

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. The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment explained, which is shown in the drawings. In these, FIG. 1 den Rotary rotor and the optical elements fixed to the housing on the basis of one Longitudinal section in the position in which the spin axis of the rotor with the housing axis coincides, Fig. 2 a diaphragm, F i g. 3 the optical elements of the in FIG. 1 device shown in the position in which the rotor axis opposite the housing axis is distracted, F i g. 4 one of the F i g. 1 corresponding representation of another optical system built into the runner and FIG. 5 the real image of the aperture in the plane in which the photoelectric scanning cells lie.

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. The housing 10 of a gyroscope has three degrees of freedom a spherical rotor 11 is mounted. For this purpose he is from an im Ge housing 10 attached bearing bush 12 surrounded, the inner wall of which is designed spherical and surrounds the rotor 11 with little clearance. In the gap is through not further illustrated throttle openings compressed air introduced into the Gap forms an air cushion on which the rotor 11 floats. The drive the rotary rotor can be done in any way. For example, the runner represent the short-circuit armature of a three-phase motor, the stator of the socket 12 is formed.

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. The arrangement described below serves the purpose of photoelectric Scanning cells according to size and direction the angular deviation of the twist axis 13 of the The rotor from the housing axis 14 to be scanned.

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. In the housing 10 there is one on the housing axis at a distance from the rotor 14 located light source 15 is arranged. Furthermore, the housing is coaxial a circular aperture 16, which is shown in Fig. 2 in a front view. she has two opposed transparent quadrants with two between them opaque quadrants lie.

Die Blende weist also zwei aufeinander senkrechte Hell-Dunkel-Grenzen auf. The diaphragm thus has two mutually perpendicular light-dark borders on.

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. This diaphragm is made by means of a capacitor lens 6 'attached to the housing 10. evenly lit. This cover is a housing-mounted optics in the form of a Lens 17 connected downstream, through which a real image of the aperture 16 apparently is pushed into infinity. This is indicated by the fact that the aperture 16 outgoing beam path 18 leaves the lens 17 directed parallel. This parallel The beam path enters an axial bore 19 of the rotor 11, which for Twist axis 13 is coaxial. A Kepler telescope is in this hole installed, the objective lens 20 of which generates a real image 21 of the diaphragm 16. the The eyepiece lens 21 'of the Kepler telescope projects the image 21 into infinity by means of a beam path 22, which has the rotor on the opposite of the diaphragm 16 Page leaves. This beam path 22 is now fixed to the housing by means of another Optics 23 are projected onto a plane 24 and there in turn generates a real image 25 of the diaphragm, which is indicated in FIG. 1 by an arrow and in FIG. 5 in the axial direction considered, is shown. In level 24 there are four attached to the housing photoelectric elements 26 which are distributed around the housing axis 14. Preferably are these elements with respect to the light-dark boundaries of the image 25 of the diaphragm 16 aligned. Two such elements 26 are therefore provided for each boundary. These are electrically counter-coupled.

F i g. 3 zeigt, in welcher Weise sich das reelle Bild 25 verschiebt, wenn die Läuferachse 13 gegenüber der Gehäuseachse 14 kippt. F i g. 3 shows how the real image 25 shifts, when the rotor axis 13 tilts relative to the housing axis 14.

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. In the embodiment shown in FIG. 4, this is in the rotary rotor built-in lens system designed with three lenses. The middle lens 27 is used Purpose, all of the light entering the rotor from the exit lens 21 ' of the rotary rotor. This has the advantage that the energy of the light source 15 is better used.

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. The output signals depending on the position of the rotor 11 controlled photoelectric elements 26 can be used to control a follow-up drive be used, which is the housing 10 coaxially to the optical axis 13 of the rotary rotor 11 sets. For this purpose, the housing 10 is cut about two axes 14 and axes at right angles to one another are pivotably mounted in a frame and with two trailing motors provided, the pivoting of the housing 10 about the two transverse axes bring about. These motors are controlled by the photoelectric elements.

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. Such a transverse axis is denoted by 29 in FIG. 1. The other Transverse axis 30 appears in FIG. 1 as a point. The housing 10 can be rotated about the transverse axis 30 be pivotably mounted in a cardan ring not shown in the drawing, which in turn can be pivoted about axis 29 in the frame. Then the axis runs 30 always at right angles to the two axes 14 and 29. The one trailing motor is attached to the frame and acts on the gimbal, while the other trailing motor is carried by the cardan ring and acts on the housing 10.

Claims

Claims: 1. Device for photoelectric scanning of the Position of a rotary rotor, in which the rotary rotor in a housing and a fixed to the housing, apparently into infinity due to a downstream optic that is fixed to the housing Moved aperture are provided, from which a lens system a real image into infinity projected and a further housing-fixed optics an image of the aperture in a predetermined Plane designs, d u r c h g e - indicates that the lens system (20, 21 ') a Kepler telescope is built into the rotor (11) and that in the predetermined level (24) photoelectric elements (26) in a specific assignment to the image (25) of the diaphragm (16) are arranged.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the diaphragm (16) has two mutually perpendicular light-dark borders and for each border two counter-coupled photoelectric elements (26) are provided.

3. Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that that the lens system (20, 21 ', 27) built into the rotary rotor (11) is at least is designed with three lenses and the diameter of the central lens (27) is so dimensioned is that this lens takes all of the light entering the rotor (11) Output lens (21 ') of the rotary rotor (11) feeds.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the output signals the photoelectric controlled depending on the position of the rotary rotor Elements (26) are used to control a follow-up drive that drives the housing (10) is axially aligned with the optical axis (13) of the rotary rotor (11). ~~~~~~~~~ Publications considered: German Auslegeschrift No. 1022032.