DE29721983U1 - Measuring device for detecting the movement and / or position of a measurement object - Google Patents
Measuring device for detecting the movement and / or position of a measurement objectInfo
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Description
G 18 199 - rets 04.12.1997G 18 199 - rets 04.12.1997
FESTO AG & Co, 73734 EsslingenFESTO AG & Co, 73734 Esslingen
Meßvorrichtung zur Erfassung der Bewegung und/oder Position Measuring device for detecting movement and/or position
eines Meßobjektsof a measuring object
Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Erfassung der Bewegung und/oder Position eines Meßobjekts, das in einer optischen Meßstrecke oder durch eine optische Meßstrecke hindurch bewegbar ist, wobei die Meßstrecke zwischen einer Lichtabstrahlungsstelle und einer Lichterfassungsstelle gebildet wird, mit einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger für die Meßstrecke, wobei der Lichtempfänger mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist.The invention relates to a measuring device for detecting the movement and/or position of a measuring object that can be moved in an optical measuring section or through an optical measuring section, the measuring section being formed between a light emission point and a light detection point, with a light source and a light receiver for the measuring section, the light receiver being connected to an evaluation device.
Zur berührungslosen Erfassung von Meßobjekten sind Lichtschranken, insbesondere Reflexionslichtschranken, bekannt, bei denen die Lichtquelle und der Lichtempfänger nebeneinander angeordnet sind. Hierbei können sowohl quer zur Meßstrecke sich bewegende Meßobjekte als auch in Richtung der Meßstrecke sich bewegende Meßobjekte erfaßt werden, wobei im zweiten Fall der Abstand zum Meßobjekt erfaßt wird.Light barriers, in particular reflection light barriers, are known for the contactless detection of measuring objects, in which the light source and the light receiver are arranged next to each other. In this case, measuring objects moving transversely to the measuring path as well as in the direction of the measuring path can be detected, whereby in the second case the distance to the measuring object is detected.
Der von der Lichtquelle zur Bildung der Meßstrecke erzeugte Lichtstrahl oder Lichtkegel muß direkt auf dasThe light beam or light cone generated by the light source to form the measuring section must be directed directly onto the
Meßobjekt auftreffen, wobei der daneben angeordnete Lichtempfänger die vom Meßobjekt in Richtung der Meßstrecke reflektierten Lichtstrahlen erfaßt. Eine solche Anordnung von Lichtquelle und Lichtempfänger stellt jedoch häufig aus Platzgründen oder wegen mechanischer, chemischer oder temperaturbedingter Einflüsse am Meßort ein großes Problem dar, da beispielsweise bestimmte Flüssigkeiten, Chemikalien, aggressive Gase, hohe Temperaturen oder starke mechanische Erschütterungen oder Vibrationen eine solche Anordnung am Meßort verbieten. Selbst wenn solche Einflüsse nicht vorliegen, ist oft eine Montage und Justierung von Lichtquelle und Lichtempfänger bei beengten Raumverhältnissen am Meßort schwierig oder nicht realisierbar.The light source and the light receiver arranged next to it capture the light rays reflected from the measuring object in the direction of the measuring section. However, such an arrangement of light source and light receiver often presents a major problem due to space constraints or due to mechanical, chemical or temperature-related influences at the measuring location, as certain liquids, chemicals, aggressive gases, high temperatures or strong mechanical shocks or vibrations prohibit such an arrangement at the measuring location. Even if such influences are not present, mounting and adjusting the light source and light receiver is often difficult or impossible in confined spaces at the measuring location.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die auch bei beengten Raumverhältnissen eine schnelle und einfache Montage ermöglicht und auch bei ungünstigen Umweltbedingungen ihre Funktion erfüllen kann.An object of the present invention is to create a measuring device of the type mentioned at the outset, which enables quick and easy installation even in confined spaces and can also fulfil its function under unfavorable environmental conditions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtquelle und der Lichtempfänger an einer von der Meßstrecke räumlich entfernten Stelle angeordnet sind und die Lichtquelle mit der Lichtabstrahlungsstelle über eine erste Lichtleiteranordnung sowie der Lichtempfänger mit der Lichterfassungstelle über eine zweite Lichtleiter-This object is achieved according to the invention in that the light source and the light receiver are arranged at a location spatially remote from the measuring section and the light source is connected to the light emission point via a first light guide arrangement and the light receiver is connected to the light detection point via a second light guide arrangement.
anordnung verbünden sind.arrangement are connected.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung bestehen insbesondere darin, daß die empfindlichere Lichtquelle und der Lichtempfänger an einer räumlich entfernten, sicheren Stelle angeordnet werden können, während lediglich die Lichtleiteranordnungen zum Meßort führen. Lichtleiteranordnungen bestehen jedoch üblicherweise aus Glasfasermaterial und sind daher gegenüber mechanischen und chemischen Einflüssen weitestgehend unempfindlich. Darüber hinaus können auch Messungen an Meßorten durchgeführt werden, bei denen relativ hohe Temperaturen herrschen. Da Lichtleiteranordnungen üblicherweise nur sehr geringe Durchmesser aufweisen, ist eine Anordnung auch an sehr kleinen Meßorten oder schwer zugänglichen Meßorten möglich, zumal auch eine Justierung der Lichtleiteranordnungen relativ einfach durchführbar ist.The advantages of the measuring device according to the invention are in particular that the more sensitive light source and the light receiver can be arranged at a spatially remote, safe location, while only the light guide arrangements lead to the measuring location. However, light guide arrangements usually consist of glass fiber material and are therefore largely insensitive to mechanical and chemical influences. In addition, measurements can also be carried out at measuring locations where relatively high temperatures prevail. Since light guide arrangements usually only have very small diameters, an arrangement is also possible at very small measuring locations or measuring locations that are difficult to access, especially since adjusting the light guide arrangements is also relatively easy to carry out.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Meßvorrichtung möglich.The measures listed in the subclaims enable advantageous further developments and improvements of the measuring device specified in claim 1.
In vorteilhafter Weise sind die Lichtquelle, der Lichtempfänger und die Auswerteeinrichtung auf einer gemeinsamen Platine angeordnet, so daß die gesamte Meßvorrichtung lediglich aus dieser Platine und den davon ausgehendenAdvantageously, the light source, the light receiver and the evaluation device are arranged on a common circuit board, so that the entire measuring device consists only of this circuit board and the signals emanating from it.
Lichtleiteranordnungen besteht. Diese Platine oder ein entsprechendes Gehäuse zur Aufnahme der Platine kann an einer nahezu beliebigen, vom Meßort entfernten Stelle angeordnet werden.This board or a corresponding housing for holding the board can be arranged at almost any location away from the measuring location.
Die Lichtquelle ist zweckmäßigerweise als Leuchtdiode oder Laser-Diode ausgebildet, und entsprechend ist der Lichtempfänger zweckmäßigerweise als Fotodiode oder Fototransistor ausgebildet.The light source is expediently designed as a light-emitting diode or laser diode, and the light receiver is accordingly expediently designed as a photodiode or phototransistor.
Zur Vermeidung äußerer Einflüsse weisen die Lichtquelle und/oder der Lichtempfänger eine Abschirmung auf.To avoid external influences, the light source and/or the light receiver are shielded.
Die Auswerteeinrichtung besteht vorzucfsweise aus wenigstens einem Operationsverstärker, insbesondere aus einem zweifachen Operationsverstärker.The evaluation device preferably consists of at least one operational amplifier, in particular a double operational amplifier.
Zur Verbindung der Lichtleiteranordnungen mit der Lichtquelle und dem Lichtempfänger sind Koppelelemente vorgesehen. Coupling elements are provided to connect the light guide arrangements with the light source and the light receiver.
In vorteilhafter Weise werden die Lichtleiteranordnungen meßstreckenseitig in einem Endstück gehalten, das vorzugsweise eine Meßstreckenoptik zur Bündelung bzw. Fokussierung des Meßstrahls aufweist. In diesem Endstück sind die Lichtleiteranordnungen bereits betriebsfertig positioniert,Advantageously, the optical fiber arrangements are held in an end piece on the measuring section side, which preferably has a measuring section optics for bundling or focusing the measuring beam. The optical fiber arrangements are already positioned ready for operation in this end piece,
• &phgr;•ϕ
so daß es ledlich am Meßort fixiert zu werden braucht. Hierzu wird dieses Endstück zweckmäßicrerweise in eine Gehäusewandung eines Gehäuses eingesetzt, insbesondere eingeschraubt, in dem das Meßobjekt bewegbar angeordnet ist,so that it only needs to be fixed at the measuring location. For this purpose, this end piece is expediently inserted, in particular screwed, into a housing wall of a housing in which the measuring object is arranged so that it can move,
Die Lichtleiteranordnungen sind vorzugsweise als Lichtleiterkabel ausgebildet und weisen insbesondere Glasfaserleitungen auf.The optical fiber arrangements are preferably designed as optical fiber cables and in particular have fiber optic cables.
Die Meßstrecke ist bei einer bevorzugten Ausführung als Reflexionsmeßstrecke ausgebildet.In a preferred embodiment, the measuring section is designed as a reflection measuring section.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Meßvorrichtung zur Erfassung der Bewegung und/oder Position eines Meßobjekts.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The single figure shows schematically an embodiment of a measuring device for detecting the movement and/or position of a measuring object.
Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf einer Platine 10 eine als Leuchtdiode oder Laser-Diode ausgebildete Lichtquelle 11 und ein als Fotodiode oder Fototransistor ausgebildeter Lichtempfänger 12 angeordnet. Eine ebenfalls auf der Platine 10 angeordnete Auswerteeinrichtung 13 für die vom Lichtempfänger empfangenen Signale ist als Operationsverstärker oder zweifacher Operationsverstärker ausgebildet. Das Ausgangs-In the embodiment shown in the single figure, a light source 11 designed as a light-emitting diode or laser diode and a light receiver 12 designed as a photodiode or phototransistor are arranged on a circuit board 10. An evaluation device 13 for the signals received by the light receiver, also arranged on the circuit board 10, is designed as an operational amplifier or double operational amplifier. The output
signal der Auswerteeinrichtung 13 steht über ein Ausgangskabel 14 zur weiteren Verwendung oder Verarbeitung zur Verfugung.The signal from the evaluation device 13 is available via an output cable 14 for further use or processing.
Prinzipiell können selbstverständlich auch andere bekannte Lichtquellen oder Lichtempfänger verwendet werden, wobei auch in Abhängigkeit des gewünschten Ausgangssignals unterschiedliche Auswerteeinrichtungen 13 eingesetzt werden können. Die Platine 10 kann in nicht dargestellter Weise in einem Gehäuse untergebracht sein.In principle, other known light sources or light receivers can of course also be used, whereby different evaluation devices 13 can also be used depending on the desired output signal. The circuit board 10 can be housed in a housing in a manner not shown.
Die Lichtquelle 11 und der Lichtempfänger 12 sind jeweils über Koppelelemente 15, 16 mit Lichtleitern 17,,18 verbunden, die an ihrem gegenüberliegenden Ende in einem Endstück 19 münden. Hierzu sind sie beispielsweise in entsprechende Bohrungen des Endstücks 19 eingesteckt und darin fixiert. Das Endstück 19 kann in an sich bekannter Weise eine optische Anordnung zur Bündelung bzw. Fokussierung des über den Lichtleiter 17 von der Lichtquelle übertragenen Lichts aufweisen. Dieses Licht wird von einer Lichtabstrahlungsstelle 20 an der freien Stirnseite des Endstücks 19 aus auf ein Meßobjekt 21 gerichtet abgestrahlt. Ein Teil des am Meßobjekt reflektierten Lichtstrahls bzw. Lichts gelangt wieder zum Endstück 19 zurück und wird dort an einer Lichterfassungsstelle 22 erfaßt. Diese Lichterfassungsstelle 22 kann die freie StirnseiteThe light source 11 and the light receiver 12 are each connected via coupling elements 15, 16 to light guides 17, 18, which open into an end piece 19 at their opposite end. For this purpose, they are, for example, inserted into corresponding holes in the end piece 19 and fixed therein. The end piece 19 can have an optical arrangement in a manner known per se for bundling or focusing the light transmitted from the light source via the light guide 17. This light is emitted from a light emission point 20 on the free end face of the end piece 19 and directed at a measurement object 21. A portion of the light beam or light reflected from the measurement object returns to the end piece 19 and is detected there at a light detection point 22. This light detection point 22 can be the free end face
des Lichtleiters 18 sein, oder es ist dieser Stirnseite eine Lichterfassungsoptik vorgeschaltet. Das erfaßte Licht gelangt dann über den Lichtleiter 18 zum Lichtempfänger 12, wobei das entsprechend erzeugte elektrische Signal in der Auswerteeinrichtung 13 ausgewertet und zu einem gewünschten Meßsignal verarbeitet wird.of the light guide 18, or a light detection optic is connected upstream of this end face. The detected light then reaches the light receiver 12 via the light guide 18, whereby the correspondingly generated electrical signal is evaluated in the evaluation device 13 and processed into a desired measurement signal.
Das Endstück 19 ist in einer Wandung 23 eines Gehäuses fixiert, beispielsweise eingeschraubt. In diesem Gehäuse 24 ist das Meßobjekt 21 in einer Bewegungsrichtung A bewegbar, wobei diese Bewegungsrichtung A der Richtung der durch den Lichtstrahl gebildeten Meßstrecke entspricht. Das Meßobjekt 21 kann sich somit zum Endstück 19 hin und von diesem weg bewegen.The end piece 19 is fixed, for example screwed, in a wall 23 of a housing. In this housing 24, the measuring object 21 can be moved in a direction of movement A, whereby this direction of movement A corresponds to the direction of the measuring section formed by the light beam. The measuring object 21 can thus move towards and away from the end piece 19.
Der von der Lichtabstrahlungsstelle 20 abgestrahlte Lichtstrahl oder Lichtkegel besitzt eine konstante Lichtstärke. Das reflektierte und von der Lichterfassungsstelle 20 erfaßte Lichte steht in Abhängigkeit vom Abstand zwischen dem Meßobjekt 21 und dem Endstück 19. Das auf den Lichtempfänger 12 mittels des Lichtleiters 18 übertragene Licht wird dort in einen proportionalen Strom umgewandelt, der in der Auswerteeinrichtung 13 in eine entsprechende, für die Meßtechnik verwertbare Analogspannung umgesetzt wird. Mit Hilfe dieser Analogspannung kann somit der Abstand bzw. die Position des Meßobjekts 21 erfaßt werden.The light beam or light cone emitted by the light emission point 20 has a constant light intensity. The reflected light detected by the light detection point 20 depends on the distance between the measurement object 21 and the end piece 19. The light transmitted to the light receiver 12 by means of the light guide 18 is converted there into a proportional current, which is converted in the evaluation device 13 into a corresponding analog voltage that can be used for the measurement technology. With the help of this analog voltage, the distance or position of the measurement object 21 can thus be detected.
Zur Abschirmung gegen äußere Einflüsse sind die Lichtquelle 11 und der Lichtempfänger 12 in nicht näher dargestellter Weise abgeschirmt.To protect against external influences, the light source 11 and the light receiver 12 are shielded in a manner not shown in detail.
Die Lichtleiter 17, 18 enthalten beispeilsweise jeweils einen oder mehrere Glasfaserleiter. Sie können auch zusammen als ein Lichtleiterkabel ausgebildet sein.The light guides 17, 18 each contain, for example, one or more glass fibers. They can also be designed together as a light guide cable.
Durch das Endstück 19 sind die Lichtabstrahlungsstelle und die Lichtabstrahlungsstelle 22 bereits vor der Montage fertigjustiert, beziehungsweise es liegt eine bereits justierte Meßstreckenoptik vor. Das Endstück 19 kann daher zur Erfassung der Bewegung von schwer zugänglichen Teilen, z.B. Ventilschieber, Kolben, unter Druck stehende Aktoren od.dgl., verwendet werden und muß lediglich so positioniert werden, daß der Meßstrahl bzw. die Meßstrecke auf das sich bewegende Objekt fällt. Hierbei eignet sich gewöhnlich eine Befestigung des Endstücks 19 in der entsprechenden Gehäusewandung des Gehäuses, das das zu messende Teil enthält.The end piece 19 means that the light emission point and the light emission point 22 are already fully adjusted before assembly, or the measuring section optics are already adjusted. The end piece 19 can therefore be used to detect the movement of parts that are difficult to access, e.g. valve slides, pistons, pressurized actuators, etc., and only needs to be positioned so that the measuring beam or the measuring section falls on the moving object. In this case, it is usually suitable to fasten the end piece 19 in the corresponding housing wall of the housing that contains the part to be measured.
In,Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann sich das Meßobjekt 21 auch quer zur Richtung der Meßstrecke bewegen, wobei dann nicht der Abstand, sondern das Passieren des Meßobjekts erfaßt wird. Ein solches Meßobjekt kann beispielsweise auch als Strichmarkierung aufIn a modification of the embodiment shown, the measuring object 21 can also move transversely to the direction of the measuring section, whereby not the distance but the passing of the measuring object is recorded. Such a measuring object can also be used, for example, as a line marking on
• 1·• 1·
einem rotierenden Teil ausgebildet sein, um so die Drehzahl oder den Drehwinkel des rotierenden Objekts zu erfassen. Entsprechend können Strichmarkierungen auch auf einem sich linear bewegenden Meßobjekt angeordnet sein.a rotating part in order to record the speed or angle of rotation of the rotating object. Accordingly, line markings can also be arranged on a linearly moving measuring object.
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29721983U DE29721983U1 (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Measuring device for detecting the movement and / or position of a measurement object |
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| DE29721983U DE29721983U1 (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Measuring device for detecting the movement and / or position of a measurement object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29721983U1 true DE29721983U1 (en) | 1998-03-05 |
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| DE29721983U Expired - Lifetime DE29721983U1 (en) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | Measuring device for detecting the movement and / or position of a measurement object |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
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| R163 | Identified publications notified |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20010125 |
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| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20040701 |