Procedimiento y dispositivo para medir el ángulo de giro de un objeto rotatorio.
Procedimiento para medir el ángulo de giro entre dos objetos que rotan entre sí de manera relativa,
emitiendo unemisor (12) asociado a un objeto (10) luz polarizada de manera lineal, incidiendo esta luz a través de un analizadorsobre un receptor (18), girando el emisor (12) y el analizador en función del ángulo de giro entre sí de manerarelativa, evaluándose la intensidad de luz medida por el receptor como señal dependiente del ángulo de giro,emitiendo el emisor (12) cuatro rayos de luz (a, b, c, d) polarizados de manera lineal, que están dispuestos con unadistancia angular mutua de 90º, estando girados los planos de polarización de los rayos de luz (a, b, c, d) en cadacaso 45º uno respecto a otro, y presentando el emisor (12) cuatro fuentes de luz, que con respecto a su potencia deemisión se modulan de tal manera que la intensidad de estos rayos de luz (a, b, c, d) se modula de manera periódicacon un desplazamiento de fase en cada caso de 90º uno respecto a otro.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08019864.
Solicitante: SICK STEGMANN GMBH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: DURRHEIMER STRASSE 36 78166 DONAUESCHINGEN ALEMANIA.
Inventor/es: JOHNSON, MARK, SIRAKY,JOSEF.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01D5/34 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01D MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE PARTICULAR; DISPOSICIONES PARA LA MEDIDA DE DOS O MAS VARIABLES NO CUBIERTAS POR OTRA UNICA SUBCLASE; APARATOS CONTADORES DE TARIFA; DISPOSICIONES PARA TRANSFERENCIA O TRANSDUCTORES NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE PARTICULAR; MEDIDAS O ENSAYOS NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › G01D 5/00 Medios mecánicos para la transferencia de la magnitud de salida de un elemento sensor; Medios para la conversión de la magnitud de salida de un elemento sensor en otra variable, en los que la forma o naturaleza del elemento sensor no determinan los medios de conversión; Transductores no especialmente adaptados a una variable específica (G01D 3/00 tiene prioridad; especialmente adaptados para aparatos que dan resultados distintos al valor instantáneo de una variable G01D 1/00). › siendo detectados los haces de luz mediante fotocélulas.
- G02B5/30 G […] › G02 OPTICA. › G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 5/00 Elementos ópticos distintos de las lentes (guías de luz G02B 6/00; elementos ópticos lógicos G02F 3/00). › Elementos polarizantes (dispositivos moduladores de luz G02F 1/00).
PDF original: ES-2431952_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento y dispositivo para medir el ángulo de giro de un objeto rotatorio.
La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para medir el ángulo de giro entre dos objetos que rotan entre sí de manera relativa.
Para muchas aplicaciones es necesario medir el ángulo de giro de un objeto rotatorio. A este respecto, en general, se mide el ángulo de giro del objeto rotatorio con respecto a un objeto fijo, por ejemplo el ángulo de giro de un árbol rotatorio con respecto a una parte de motor o máquina fija. Sin embargo, la invención también comprende casos en los que un objeto rotatorio gira con respecto a un segundo objeto rotatorio y debe medirse el ángulo de giro relativo entre los dos objetos. La medición del ángulo de giro comprende según la invención también la medición de dimensiones derivadas del ángulo de giro, como por ejemplo la velocidad angular y la aceleración angular. Además, la medición del ángulo de giro según la invención también comprende los casos en los que un movimiento lineal, por ejemplo a través de un mecanismo de transmisión, se convierte en un movimiento de rotación y a través del ángulo de giro del movimiento de rotación se miden la posición, la velocidad, la aceleración, etc. del movimiento lineal.
Para medir el ángulo de giro se conoce explorar una medida materializada asociada al movimiento de giro, pudiendo esta medida materializada estar absolutamente codificada o explorándose de manera incremental. En particular también se conoce aprovechar la polarización de la luz para la medición del ángulo de giro. A este respecto un emisor, por medio de un polarizador emite luz polarizada de manera lineal, que a través de un analizador que gira de manera correspondiente al objeto rotatorio llega a un receptor. En caso de que el analizador con su plano de polarización esté en paralelo al polarizador, entonces la luz llega al receptor, mientras que no llega luz al receptor, cuando el plano de polarización del analizador está en perpendicular al plano de polarización de la luz emitida. Por tanto, el receptor proporciona una señal dependiente del ángulo de giro del analizador y así del ángulo de giro del objeto rotatorio.
En el caso de una disposición conocida por el documento DE 10 2005 031 966 A1 un emisor emite luz no polarizada, que incide sobre un filtro de polarización (filtro polarizador) que gira con el objeto rotatorio. La luz que pasa a través del filtro polarizador se polariza de este modo, girando su plano de polarización con el filtro polarizador. La luz incide sobre un receptor, en cuyo lado de entrada de luz están dispuestos cuatro filtros polarizadores en una disposición, cuyos planos de polarización están girados en cada caso 45º uno respecto a otro. En cada caso tras el giro del filtro polarizador rotatorio de 45º su plano de polarización coincide con el plano de polarización de un filtro polarizador del receptor, de modo que se obtiene un máximo de la intensidad de luz recibida y por tanto un máximo de la señal de receptor.
En el caso de una disposición conocida por el documento DE 201 02 192 U1 un emisor emite luz polarizada de manera lineal, que incide sobre un filtro polarizador que rota con el objeto rotatorio con un reflector dispuesto por detrás. Dos receptores con filtros polarizadores girados 90º uno respecto a otro reciben la luz reflejada, generando las señales de los dos receptores una señal dependiente del ángulo de giro del objeto.
La invención se basa en el objetivo de poner a disposición un procedimiento y un dispositivo para medir el ángulo de giro entre dos objetos que rotan entre sí de manera relativa con aprovechamiento de la polarización de la luz, que posibiliten una evaluación de señal mejorada.
Este objetivo se soluciona según la invención mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1 o mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 4.
Realizaciones ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes en cada caso.
Según la invención, el emisor emite cuatro rayos de luz polarizados de manera lineal, cuyos planos de polarización están girados en cada caso 45º uno respecto a otro. Cuando el analizador y el emisor giran de manera correspondiente al giro del objeto rotatorio que va a medirse uno respecto a otro, de este modo los planos de polarización de los rayos de luz polarizados del emisor coinciden sucesivamente con el plano de polarización del analizador, de modo que se obtiene una intensidad dependiente del ángulo de giro de la luz que incide sobre el receptor. Además, ahora, todavía se modulan las intensidades de los rayos de luz irradiados por el emisor, modulándose los rayos de luz emitidos por el emisor con respecto a su intensidad con un desplazamiento de fase de 90º uno respecto a otro. La intensidad de luz que incide sobre el receptor y de este modo la señal de receptor se ven influidas además de por la dependencia del ángulo de giro también por la modulación de intensidad de los rayos de luz. Por tanto, la señal del receptor, que corresponde a la intensidad de luz que incide sobre el receptor depende de la frecuencia de modulación de los rayos de luz emitidos por el emisor y del ángulo de giro que va a medirse. En particular se obtiene una señal del receptor, que contiene la frecuencia de modulación de los rayos de luz irradiados por el emisor y tiene un desplazamiento de fase de manera correspondiente al ángulo de giro que va a medirse.
Para la evaluación de las señales del receptor pueden elegirse funciones trigonométricas sencillas para la modulación de la intensidad de los rayos de luz irradiados y del mismo modo los planos de polarización de los rayos de luz irradiados están dispuestos uno respecto a otro con relaciones trigonométricas sencillas.
Con vistas a la implementación y con vistas a la evaluación ventajosa de las señales se emiten cuatro rayos de luz polarizados de manera lineal por el emisor, cuya intensidad se modula en cada caso preferiblemente de manera sinusoidal, ascendiendo el desplazamiento de fase entre las modulaciones de los rayos de luz individuales en cada caso a 90º. Los planos de polarización de estos rayos de luz están girados a este respecto en cada caso 45º uno respecto a otro.
En principio la solución según la invención puede realizarse de manera que el emisor gira en función del objeto rotatorio y el analizador está quieto o que el emisor está quieto, mientras que el analizador gira en función del objeto rotatorio.
Cuando el emisor gira en función del objeto rotatorio, debe preverse una alimentación de energía adecuada para el emisor rotatorio. La disposición estacionaria del analizador permite una disposición estacionaria sencilla del receptor detrás del filtro polarizador del analizador. En la realización más sencilla el filtro polarizador puede disponerse directamente sobre la superficie del receptor.
En caso de que el emisor se disponga de manera estacionaria, la alimentación de energía hacia el emisor es más sencilla. El analizador gira a este respecto de manera correspondiente al giro del objeto rotatorio. En el caso de un receptor que gira con el analizador se producen dificultades con la transmisión de las señales de receptor analógicas. Por tanto, se prefiere una realización, en la que sólo gira el analizador y la luz que pasa a través del analizador se desvía hacia un receptor dispuesto de manera fija.
A continuación se explica la invención en más detalle mediante los ejemplos de realización representados en el dibujo. Muestran:
la figura 1 en una representación en perspectiva esquemáticamente una primera realización del dispositivo,
la figura 2 en un diagrama la dependencia de la intensidad de luz recibida por el receptor de la frecuencia de modulación y el ángulo de giro,
la figura 3 en un diagrama la relación entre el ángulo de giro y el desplazamiento de fase de la señal de receptor,
la figura 4 en un corte axial esquemático el dispositivo de la figura 1,
la figura 5 en un corte axial esquemático correspondiente una segunda realización,
la figura 6 en un corte axial esquemático correspondiente una tercera realización y
la figura 7 en un corte axial esquemático correspondiente una cuarta realización.
El principio básico de la invención se explica mediante la figura 1 en una realización, en la que un emisor emite cuatro rayos de luz polarizados de manera lineal, cuyos planos de polarización están girados en cada caso 45º uno respecto a otro.
En la realización de la figura 1, que también se muestra esquemáticamente en la figura 4, se mide el ángulo... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para medir el ángulo de giro entre dos objetos que rotan entre sí de manera relativa, emitiendo un emisor (12) asociado a un objeto (10) luz polarizada de manera lineal, incidiendo esta luz a través de un analizador sobre un receptor (18) , girando el emisor (12) y el analizador en función del ángulo de giro entre sí de manera relativa, evaluándose la intensidad de luz medida por el receptor como señal dependiente del ángulo de giro,
emitiendo el emisor (12) cuatro rayos de luz (a, b, c, d) polarizados de manera lineal, que están dispuestos con una distancia angular mutua de 90º, estando girados los planos de polarización de los rayos de luz (a, b, c, d) en cada caso 45º uno respecto a otro, y presentando el emisor (12) cuatro fuentes de luz, que con respecto a su potencia de emisión se modulan de tal manera que la intensidad de estos rayos de luz (a, b, c, d) se modula de manera periódica con un desplazamiento de fase en cada caso de 90º uno respecto a otro.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, modulándose la intensidad de los rayos de luz (a, b, c, d) de manera sinusoidal.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, modulándose la intensidad de los rayos de luz (a, b, c, d) de manera rectangular.
4. Dispositivo para medir el ángulo de giro entre dos objetos que rotan entre sí de manera relativa, con un emisor
(12) asociado a un objeto, que emite luz polarizada de manera lineal, con un analizador sensible a la polarización, girando el emisor y el analizador en función del ángulo de giro entre sí de manera relativa, y con un receptor (18) , que mide la intensidad de luz que pasa a través del analizador, para generar una señal dependiente del ángulo de giro,
en el que el emisor (12) presenta cuatro fuentes (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) de luz dispuestas con una misma distancia angular alrededor del eje de giro, que emiten rayos de luz (a, b, c, d) polarizados de manera lineal, en el que los planos de polarización de estos rayos de luz (a, b, c, d) están girados en cada caso 45º uno respecto a otro y en el que las fuentes de luz con respecto a su potencia de emisión se modulan de tal manera que la intensidad de estos rayos de luz (a, b, c, d) se modula de manera periódica con un desplazamiento de fase en cada caso de 90º uno respecto a otro.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que el analizador presenta un filtro (16) de polarización.
6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5, en el que el emisor (12) está dispuesto fijado a las fuentes (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) de luz y el analizador gira.
7. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5,
en el que el emisor (12) gira con las fuentes (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) de luz y el analizador está dispuesto de manera fija.
8. Dispositivo según la reivindicación 6 ó 7, en el que el receptor (18) está dispuesto en la dirección de radiación detrás del filtro (16) de polarización.
9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que el receptor (18) está dispuesto de manera fija detrás del filtro (16) de polarización rotatorio.
10. Dispositivo según la reivindicación 8,
en el que el receptor (18) gira con el filtro (16) de polarización y las señales de receptor se desacoplan de manera inductiva o capacitiva.
11. Dispositivo según la reivindicación 6,
en el que detrás del analizador está dispuesta una unidad de desviación de luz que gira con el analizador, que desvía la luz que pasa a través del analizador hacia el receptor (18) .
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
en el que la unidad de desviación de luz desvía la luz que pasa a través del analizador radialmente al eje de giro y el receptor (18) está dispuesto radialmente fuera de la dirección de desviación de luz. 5
13. Dispositivo según la reivindicación 12, en el que la unidad de desviación de luz es un difusor (20) . 10 14. Dispositivo según la reivindicación 12, en el que la unidad de desviación de luz es un espejo (26) .
15. Dispositivo según la reivindicación 11, 15 en el que la unidad de desviación de luz es un espejo (30) perpendicular al eje de giro y el receptor (18) se encuentra en el lado del emisor (12) .
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