DE4132253A1 - Speed variation measurement appts. for patterned moving body, e.g. rotating disc - evaluates frequency difference derived from transversely pivotable lens movements as pattern is scanned by focused beam - Google Patents

Speed variation measurement appts. for patterned moving body, e.g. rotating disc - evaluates frequency difference derived from transversely pivotable lens movements as pattern is scanned by focused beam

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DE4132253A1 DE19914132253 DE4132253A DE4132253A1 DE 4132253 A1 DE4132253 A1 DE 4132253A1 DE 19914132253 DE19914132253 DE 19914132253 DE 4132253 A DE4132253 A DE 4132253A DE 4132253 A1 DE4132253 A1 DE 4132253A1
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Abstract

The body (3) carries a pattern (4) of marks which are scanned by an overhead focusing lens (6) under a scanning head (1) with provision for small displacements of the order of 1 mm in both directions parallel to the movement of the body (3). A processing circuit (7,27) evaluates the frequency difference in the scan signal introduced by movements of the scanning beam (5) in and against the direction of body movement, and interprets the difference in terms of speed variation of the body. ADVANTAGE - Variations in the rate of translatory motion within very short periods are detectable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Geschwindigkeits­ änderung eines translatorisch oder rotatorisch bewegten Körpers nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to an arrangement for measuring the speed Change of a translationally or rotationally moving body after the Genus of the main claim.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, Linear- oder Winkelgeschwindigkeitsänderungen durch die Abtastung eines Strichmusters auf einem bewegten Körper festzustellen. Da­ bei wird aus der Anzahl der pro Zeiteinheit den Abtaststrahl passierenden Striche auf die Geschwindigkeit bzw. auf die Geschwindigkeitsänderung geschlossen.It is known to change linear or angular velocity through the Detection of a line pattern on a moving body. There at becomes the number of those passing through the scanning beam per unit of time Lines on the speed or on the speed change closed.

So ist aus der Offenlegungsschrift DE-OS 23 06 661 ein Verfahren und eine Anordnung zur Feststellung der Geschwindigkeitsänderung eines Rades be­ kannt. Bei dieser Anordnung sind auf dem Rad beispielsweise gleichmäßig verteilt Zähne angeordnet, die durch eine Sensoreinrichtung abgetastet werden. Ein Oszillator wird im Rhythmus der Zähne ein- und ausgeschaltet und das Ausgangssignal des Oszillators einer Auswerteschaltung zur Be­ stimmung der Geschwindigkeitsänderung zugeführt.Thus, from the published patent application DE-OS 23 06 661, one method and one Arrangement for determining the speed change of a wheel knows. With this arrangement, for example, are even on the wheel distributed teeth arranged, which are scanned by a sensor device will. An oscillator is switched on and off in rhythm with the teeth and the output signal of the oscillator of an evaluation circuit for loading mood of the speed change fed.

Aufgabetask

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die innerhalb sehr kurzer Perioden Geschwindigkeitsänderungen eines transla­ torisch bewegten Körpers erkennt. The invention has for its object to provide an arrangement that changes in the speed of a transla within very short periods recognizes toric moving body.  

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the characterizing part of claim 1 given characteristics solved.

Naturgemäß ändert ein Körper seine Lage innerhalb einer kurzen Periode und insbesondere bei langsamen Bewegungen nur geringfügig. Um auch bei diesen Voraussetzungen eine hohe Meßgenauigkeit zu erreichen, werden die auf dem Körper befindlichen Markierungen sehr eng angeordnet.A body naturally changes its position within a short period and only slightly, especially with slow movements. To also with these Prerequisites for achieving high measuring accuracy are those on the Body markings very closely arranged.

Ein durch eine Linse fokussierter Lichtabtaststrahl wird in und entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers bewegt und erzeugt in einer Auswerte­ schaltung eine Impulsfolge deren Frequenz der Relativgeschwindigkeit zwi­ schen Abtaststrahl und bewegtem Körper proportional ist.A light scanning beam focused by a lens is in and against the direction of movement of the body moves and generates in an evaluation circuit a pulse train whose frequency of the relative speed between the scanning beam and moving body is proportional.

Da sich die Relativgeschwindigkeit je nach Bewegungsrichtung des Körpers und des Abtaststrahls für den Hin- und Rücklauf unterscheidet, kann aus der Differenz der Impulsfrequenz auf die Geschwindigkeitsänderung des Körpers geschlossen werden.Because the relative speed changes depending on the direction of movement of the body and distinguishes the scanning beam for the return and return can from the difference of the pulse frequency on the speed change of the Body are closed.

FigurenbeschreibungFigure description

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den prinzipiellen Meßaufbau der Anordnung, Fig. 1 shows the basic measuring arrangement of the arrangement,

Fig. 2 das Blockschaltbild der Auswerteschaltung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels, Fig. 2 shows the block diagram of the evaluation circuit approximately example of a first exporting,

Fig. 3 ein Diagramm zum ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 is a diagram for the first embodiment,

Fig. 4 das Blockschaltbild der Auswerteschaltung eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels, Fig. 4 shows the block diagram of the evaluation circuit approximately example of a second exporting,

Fig. 5 ein Diagramm zum zweiten Ausführungsbeispiel. Fig. 5 is a diagram of the second embodiment.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Meßanordnung, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der mit 3 bezeichnete bewegliche Körper eine sich drehende Scheibe ist. Selbstverständlich ist die Anordnung auch für trans­ latorisch bewegliche Körper verwendbar. Über dem auf dem Körper 3 angeord­ neten Markierungsmuster 4 ist eine Fokussierlinse 6 unter dem Abtastkopf 1 so im Abtaststrahl 5 gelagert, daß kleine Bewegungen im Bereich von ca. 1 mm parallel zur Bewegungsrichtung in beiden Richtungen möglich sind. Fig. 1 shows the basic structure of the measuring arrangement, wherein in this embodiment, the movable body designated 3 is a rotating disc. Of course, the arrangement can also be used for translationally movable bodies. Above the marking pattern 4 arranged on the body 3 , a focusing lens 6 is mounted under the scanning head 1 in the scanning beam 5 in such a way that small movements in the range of approximately 1 mm parallel to the direction of movement in both directions are possible.

Das von der Linse 6 auf das Markierungsmuster 4 fokussierte Licht wird vom Markierungsmuster 4 des beweglichen Körpers 3 im Rhythmus der Markie­ rungen reflektiert bzw. absorbiert und gelangt über die Linse 6 und dem Abtastkopf 1 auf die Auswerteschaltung 7, 27.The focused by the lens 6 on the marking pattern 4 light from the mark pattern 4 of the movable body 3 reflects the rhythm of the stanchions Markie or absorbed and passes through the lens 6 and the head 1 to the evaluation circuit 7, 27th

Die in Fig. 2 im Blockschaltbild dargestellte Auswerteschaltung 7 wertet die Frequenz des Abtaststrahls aus und stellt am Ausgang des Differenzver­ stärkers 18 Bewegungsrichtung und Geschwindigkeitsänderung zur Verfügung.The evaluation circuit 7 shown in FIG. 2 in the block diagram evaluates the frequency of the scanning beam and provides 18 direction of movement and speed change at the output of the differential amplifier.

Die vom Abtastkopf 1 kommenden Impulse werden zeitrichtig vom Umschalter 13 zu den entsprechenden Phasenkomparatoren 11, 12 gegeben, wobei der Umschal­ ter 13 von der Abtaststeuerung 8 kontrolliert wird.Coming from the head 1 pulses are applied at the correct time from the switch 13 to the respective phase comparators 11, 12, wherein the Umschal is controlled by the scan controller 13 ter. 8

Die Oszillatoren 9, 10 werden auf die von den Phasenkomparatoren empfangene Frequenz synchronisiert. Nach jeder Synchronisationsphase werden die Oszil­ latoren 9, 10, mit Hilfe der RC-Glieder 16, 17 und der S+H-Schaltungen 14, 15, solange auf der letzten Frequenz gehalten, bis eine neue Synchronisa­ tionsphase ein Nachziehen auf die neue aktuelle Frequenz erzwingt. Die Oszillatoren 9, 10 dienen, zusammen mit den RC-Gliedern 16, 17 und den S+H-Schaltungen, als dynamische Speicher für die Frequenzen f1 und f2. Die Frequenzen f1 und f2 sind dabei die den beiden Abtastbewegungen der Linse 6 entsprechenden unterschiedlichen Frequenzen. Der Zeitpunkt für die Messung des der Frequenz proportionalen Signals sowie die Zeitspanne für die Spei­ cherung dieses Signals durch die S+H-Schaltungen 14, 15 wird ebenfalls von der Abtaststeuerung 8 überwacht. The oscillators 9 , 10 are synchronized to the frequency received by the phase comparators. After each synchronization phase, the oscillators 9 , 10 , with the help of the RC elements 16 , 17 and the S + H circuits 14 , 15 , are kept at the last frequency until a new synchronization phase is followed by the new current frequency enforces. The oscillators 9 , 10 , together with the RC elements 16 , 17 and the S + H circuits, serve as dynamic memories for the frequencies f 1 and f 2 . The frequencies f 1 and f 2 are the different frequencies corresponding to the two scanning movements of the lens 6 . The time for the measurement of the signal proportional to the frequency and the time period for the storage of this signal by the S + H circuits 14 , 15 is also monitored by the sampling controller 8 .

Die Auswertung der Frequenz f1 und f2 findet in dem nachfolgenden Diffe­ renzverstärker 18 statt.The evaluation of the frequency f 1 and f 2 takes place in the subsequent differential amplifier 18 .

Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Auswertung unabhängig von der Abtastungsrate zu beliebigen Zeitpunkten ausgelesen werden kann.The advantage of this arrangement is that the evaluation is independent can be read from the sampling rate at any time.

Weiter muß der Abstand der einzelnen Striche auf dem Körper 3 nicht extrem präzise sein, da die resultierende Frequenz den Integralwert über eine große Anzahl von Strichen darstellt (die Phase wird nicht ausgewertet).Furthermore, the distance between the individual lines on the body 3 need not be extremely precise, since the resulting frequency represents the integral value over a large number of lines (the phase is not evaluated).

Die Meßempfindlichkeit wird dabei von folgenden Größen beeinflußt:The measurement sensitivity is influenced by the following variables:

  • - Strichdichte,- line density,
  • - Abtastgeschwindigkeit,- scanning speed,
  • - Linearität der Abtastung,- linearity of the scanning,
  • - Schnelligkeit und Genauigkeit der Komparatoren 11 und 12,- speed and accuracy of comparators 11 and 12 ,
  • - Genauigkeit der Auswertung (Δf min.).- Accuracy of the evaluation (Δf min.).

Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm für das 1. Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 2 mit Legende. Es sind die fünf Koordinatensysteme a-e dargestellt. FIG. 3 shows a diagram for the first exemplary embodiment corresponding to FIG. 2 with a legend. The five coordinate systems ae are shown.

a zeigt die Bewegungen des Abtaststrahls in Bewegungsrichtung (Va+) und entgegen der Bewegungsrichtung (Va-) des Körpers 3.a shows the movements of the scanning beam in the direction of movement (Va +) and against the direction of movement (Va) of the body 3 .

b zeigt in den mit sync 1 und sync 2 bezeichneten Bereichen die Zeit­ räume, in denen die Oszillatoren 9, 10 auf die Frequenzen f1 und f2 syn­ chronisiert werden. Die Messung und Auswertung erfolgt nur im linearen Bereich der Bewegungen des Abtaststrahls 5, nicht zu den Umkehrzeiten.b shows in the areas designated sync 1 and sync 2 the periods in which the oscillators 9 , 10 are synchronized to the frequencies f 1 and f 2 syn. The measurement and evaluation takes place only in the linear range of the movements of the scanning beam 5 , not at the reversal times.

c macht deutlich, daß die vom Abtaststrahl 5 aufgenommene Frequenz, bzw. die von der Auswerteschaltung 7 bestimmte Frequenz unterschiedlich ist. c makes it clear that the frequency picked up by the scanning beam 5 or the frequency determined by the evaluation circuit 7 is different.

Bewegen sich Abtaststrahl 5 und Körper 3 in die gleiche Richtung, ergibt sich eine niedrige Frequenz f1, bewegen sich dagegen Abtaststrahl 5 und Körper 3 in entgegengesetzte Richtungen, so ergibt sich eine höhere Frequenz f2.If the scanning beam 5 and body 3 move in the same direction, a low frequency f 1 results, whereas if the scanning beam 5 and body 3 move in opposite directions, a higher frequency f 2 results.

In den Koordinatensystemen d und e sind die Zeiträume dargestellt, in denen die S+H-Schaltungen 14, 15 die Steuerspannungen 9, 10 abtasten und speichern.In the coordinate systems d and e, the periods are shown in which the S + H circuits 14 , 15 sample and store the control voltages 9 , 10 .

Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit für eine Auswerteschaltung 27 in einem Blockdiagramm. Fig. 4 shows a further possibility for an evaluation circuit 27 in a block diagram.

Der Phasendetektor 34 soll permanent die von der positiven Abtastrichtung entstehende Frequenz f1 mit der aus der negativen Abtastrichtung entste­ henden Frequenz f2 vergleichen und auswerten.The phase detector 34 is to permanently compare and evaluate the frequency f 1 arising from the positive scanning direction with the frequency f 2 arising from the negative scanning direction.

Dazu muß während einer Halbperiode jeweils das Abtastsignal über die Schalter 30 bis 33 direkt an den gültigen Eingang des Phasenkomparators 34 (d. h. während Scan+ an f+ und während Scan- auf f-) geschaltet werden. Gleichzeitig muß das Abtastsignal aus der vorherigen Halbperiode nach Ver­ zögern um τ (τ Halbperiode) an den anderen Eingang geschaltet werden.For this purpose, the scanning signal must be switched via switches 30 to 33 directly to the valid input of phase comparator 34 (ie during scan + to f + and during scan- to f-). At the same time, the scanning signal from the previous half period must be switched to the other input after a delay of τ (τ half period).

Die Umschaltung erfolgt jeweils am Umkehrpunkt der Abtastung.The switchover takes place at the reversal point of the scanning.

Die Zeitverzögerung τ29 kann beispielweise durch eine Verzögerungsleitung gebildet werden. Der Inverter 35 stellt sicher, daß die Schalter 30, 31, 32, 33 jeweils synchron und richtig öffnen oder schließen.The time delay τ29 can be formed, for example, by a delay line. The inverter 35 ensures that the switches 30 , 31 , 32 , 33 each open or close synchronously and correctly.

Das Ausgangssignal des Phasen-Detektors 34 wird dem Integrator und Tief­ paß 36 zugeführt, der an seinem Ausgang die Bewegungsrichtung ϕ und die Geschwindigkeit VK des Körpers 3 zur Verfügung stellt. The output signal of the phase detector 34 is supplied to the integrator and low pass 36 , which provides the direction of movement ϕ and the speed V K of the body 3 at its output.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm für das weitere Ausführungsbeispiel einer Aus­ werteschaltung 27. Fig. 5 shows a diagram of the further embodiment of an off values circuit 27.

Das Koordinatensystem a zeigt die Bewegungen des Abtaststrahls 5 in Bewe­ gungsrichtung (Va+) und entgegen der Bewegungsrichtung (Va-) des Körpers 3.The coordinate system a shows the movements of the scanning beam 5 in the direction of movement (Va +) and against the direction of movement (Va) of the body 3 .

b zeigt die vom Abtaststrahl 5 aufgenommene Frequenz. Es wird nicht nur der lineare Bereich zur Geschwindigkeitsbestimmung verwendet, sondern der gesamte Bereich für eine Drehrichtung. Durch dieses Meßverfahren wird bei jeder Richtungsänderung des Abtaststrahls 5 eine kleinere Frequenz aufge­ nommen als zu dem Zeitpunkt, wo der Abtaststrahl 5 sich in der Mitte seines Bewegungsbereiches befindet. Die mittlere aufgenommene Frequenz ist aber auch hier bei gleichen Bewegungsrichtungen (Va+) von Abtaststrahl 5 und Körper 3 geringer als bei entgegengesetzten Bewegungen (Va-).b shows the frequency recorded by the scanning beam 5 . Not only the linear range is used for speed determination, but the entire range for one direction of rotation. By this measuring method, a lower frequency is taken up with each change in direction of the scanning beam 5 than at the time when the scanning beam 5 is in the middle of its range of motion. However, the average recorded frequency is also lower here with the same directions of movement (Va +) of scanning beam 5 and body 3 than with opposite movements (Va).

c zeigt die zur Messung verwendete Zeit, die von der Verzögerungsleitung 29 hervorgerufene Signalverzögerung des Ausgangssignals des Abtastkopfes 1 und den Umschaltzeitpunkt für die Richtungsumkehr des Abtaststrahls 5.c shows the time used for the measurement, the signal delay of the output signal of the scanning head 1 caused by the delay line 29 and the time of switching for the direction reversal of the scanning beam 5 .

 1 Abtastkopf
 2 Drehachse
 3 Körper
 4 Markierungsmuster
 5 Abtaststrahl
 6 Linse
 7 Auswerteschaltung
 8 Abtaststeuerung
 9 VCO 1
10 VCO 2
11 Phasenkomparator 1
12 Phasenkomparator 2
13 Umschalter
14 S+H-Schaltung 1
15 S+H-Schaltung 2
16 RC-Glied 1
17 RC-Glied 2
18 Differenzverstärker
27 Auswerteschaltung
28 Steuerschaltung
29 Verzögerungsleitung
30-33 Schalter
34 Phasen-Detektor
35 Inverter
36 Integrator und Tiefpaß 1 scanning head
2 axis of rotation
3 bodies
4 marking patterns
5 scanning beam
6 lens
7 evaluation circuit
8 scanning control
9 VCO 1
10 VCO 2
11 phase comparator 1
12 phase comparator 2
13 switches
14 S + H circuit 1
15 S + H circuit 2
16 RC element 1
17 RC element 2
18 differential amplifier
27 evaluation circuit
28 control circuit
29 delay line
30 - 33 switches
34 phase detector
35 inverters
36 integrator and low pass

Claims (5)

1. Anordnung zur Messung der Geschwindigkeitsänderung eines translatorisch oder rotatorisch bewegten Körpers, wobei auf dem bewegten Körper ein Markierungsmuster gleichmäßig verteilt angeordnet ist, welches mittels eines Lichtabtaststrahls abgetastet wird und aus dem Abtastsignal in einer Auswerteschaltung die Geschwindigkeitsänderung gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtabtaststrahl (5) nacheinander um gleiche Winkel in und entgegen der Bewegungsrichtung (ϕ) des Körpers (3) bewegt wird und daß in der Auswerteschaltung (7, 27) die durch die Bewegungen des Lichtabtaststrahls (5) in und entgegen der Bewegungs­ richtung (Va+, Va-) entstehende Frequenzdifferenz des Abtastsignals hinsichtlich des Wertes der Geschwindigkeitsänderung des Körpers (3) ausgewertet wird.1. Arrangement for measuring the change in speed of a translationally or rotationally moving body, wherein a marking pattern is evenly distributed on the moving body, which is scanned by means of a light scanning beam and the speed change is obtained from the scanning signal in an evaluation circuit, characterized in that the light scanning beam ( 5 ) successively by the same angle in and against the direction of movement (() of the body ( 3 ) and that in the evaluation circuit ( 7 , 27 ) by the movements of the light scanning beam ( 5 ) in and against the direction of movement (Va +, Va) resulting frequency difference of the scanning signal with respect to the value of the speed change of the body ( 3 ) is evaluated. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ schaltung (7) nur die im linearen Bewegungsbereich des Lichtabtast­ strahls (5) aufgenommene Frequenzdifferenz zur Bestimmung der Geschwin­ digkeitsänderung verwendet.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit ( 7 ) only uses the frequency difference recorded in the linear movement range of the light scanning beam ( 5 ) for determining the speed change speed. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ schaltung (27) die gesamte in einer Bewegungsrichtung (Va+, Va-) des Lichtabtaststrahls (5) aufgenommene Frequenzdifferenz zur Bestimmung des Geschwindigkeitsänderung verwendet. 3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit ( 27 ) uses the entire frequency difference recorded in a direction of movement (Va +, Va) of the light scanning beam ( 5 ) for determining the change in speed. 4. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtabtaststrahl (5) mittels einer Linse (6) auf das Markie­ rungsmuster (4) des Körpers (3) fokussiert wird.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light scanning beam ( 5 ) by means of a lens ( 6 ) on the marking pattern ( 4 ) of the body ( 3 ) is focused. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (6) um eine quer zur Bewegungsrichtung (Va+, Va-) des Körpers (3) liegende Achse schwenkbar ist.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the lens ( 6 ) about an axis transverse to the direction of movement (Va +, Va) of the body ( 3 ) is pivotable.
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