DE1448795B2 - Meßumformer zum Bestimmen der Größe und Richtung der Bewegung eines Wellenbildmusters - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Meßumformer zum zugssystem bewegt, das durch den Werkzeugrahmen

Bestimmen der Größe und Richtung der Bewegung gebildet wird. Es zeigt

eines sich hinsichtlich eines Bezugsgebildes in der F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines erfin-

einen oder anderen von entgegengesetzten Richtun- dungsgemäßen Meßumformers, ,

gen bewegenden sinusförmigen Wellenbildmusters 5 F i g. 2 das Schaltbild einer in F i g. 1 schematisch

mit mindestens zwei Abtasteinrichtungen, die an dargestellten Schaltstufe und

einer gleichen Anzahl von Punkten elektrische Aus- F i g. 3 bis 6 Schaltbilder weiterer Teile des Meßgangssignale in Abhängigkeit von dem Zustand des Umformers nach Fig. 1.

Wellenbildmusters erzeugen, wobei diese Ausgangs- Der Meßumformer nach F i g. 1 verwendet ein Signale in jedem gegebenen Augenblick proportional io Muster 10 mit sinusförmiger Wellenform. Dieses zum Sinus bzw. Kosinus eines einen Zustand des Muster kann ein optisches Muster sein. Das Muster Musters in diesem Augenblick darstellenden Winkels 10 bewegt sich mit dem nicht dargestellten Werksind, ferner mit einem Kosinus- und einem Sinus- tisch an zwei Positionen 11 und 12 vorbei, die gegen-Potentiometer, die mit Abgriffen versehen sind, wo- über dem Werkzeugrahmen festliegen. Die Stellungen "ί;.:;)¹ bei das Sinussignal an das Kosinus-Potentiometer 15 des Musters an diesen beiden Positionen sind um 90° ! und das Kosinussignal an das Sinus-Potentiometer außer Phase zueinander und können somit durch die _: geführt wird. Ausdrücke sin Θ und cos Θ dargestellt werden, wobei Θ

Es ist eine Schaltungsanordnung zum Messen der selbst die Winkellage des Musters gegenüber einem j Größe und Richtung eines Musters bekannt, bei Bezugspunkt am Werkzeugrahmen angibt,
welcher zwei oder mehr voneinander entfernte Ab- 20 Zur Erzielung einer entsprechenden elektrischen tasteinrichtungen verwendet werden, die auf die Anzeige dieser Stellungen des Musters sind zwei Abstellung des Musters ansprechen. Es ist ferner be- tastvorrichtungen in Form von Fotozellen 21 und 22 kannt, die von den Abtasteinrichtungen gelieferten vorgesehen, die ebenfalls ortsfest gegenüber dem |) Impulse unter Berücksichtigung ihres Vorzeichens Werkzeugrahmen sind. Auf Grund der vorstehend zu summieren, wobei die Gesamtsumme der Im- 25 angegebenen Phasenbeziehung sind die Ausgangssipulse die Größe der Bewegung angibt. gnale der Fotozellen beim Vorbeigang des Musters j

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen kann um 90° gegeneinander phasenverschoben und pro-

nun eine Fehlzählung der Impulse auftreten, wenn portional zu sin Θ bzw. cos Θ. Das von der Foto-

z. B. die zu messende Bewegung so schnell ist, daß zelle 21 gelieferte Signal wird über eine Verstärker-

die sie darstellenden Impulse so rasch aufeinander- 30 stufe 15 auf eine Phasenteilerstufe 17 gegeben, deren

folgen, daß sie vom Zähler nicht mehr vollständig ausgeglichene Gegenphasenausgänge mit einem Ko-

erfaßt werden. Dieselbe nachteilige Wirkung kann sinus-Potentiometer 19 verbunden sind. In gleicher

durch Schwingungsbewegungen des zu messenden Weise, werden die von der Fotozelle 22 gelieferten

Musters oder Objektes hervorgerufen werden. Schließ- Signale über eine Verstärkerstufe 16 auf eine Pha-

lich können auch bei einer plötzlichen Bewegungs- 35 senteilerstufe 18 gegeben, die mit einem Sinus-Poten-

umkehr Impulse verlorengehen, wenn der Zähler tiometer20 verbunden ist. Unter einem »Kosinus-

infolge seiner Trägheit nicht schnell genug aus der Potentiometer« wird ein Potentiometer verstanden,

Additionsschaltung in die Subtraktionsschaltung um- das mit Abgriffen versehen ist, die so angeordnet

schaltet. sind, daß die Spannung an einem dieser Abgriffe dem

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, 40 Kosinus des Winkes entspricht, den dieser Abgriff

einen Meßumformer der eingangs genannten Art zu darstellt. Entsprechend verhält es sich mit dem

schaffen, bei welchem Fehlzählungen von Impulsen »Sinus-Potentiometer«,
praktisch ausgeschaltet sind. Das Kosinus-Potentiometer 19 ist an sechs Stellen

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch elek- angezapft, die alle im gleichen Winkelabstand von _f tronische Schalter mit einem Transistor für jeden 45 36° angeordnet sind, so daß die Abgriffe den Winkel- ' Abgriff, um die Abgriffe der Potentiometer gleich- bereich von 0 bis 180° erfassen. Dabei erweist sich zeitig anzuschalten, ferner durch einen an sich be- von Vorteil, daß der Bereich eines Kosinus-Potenkannten, in zwei Richtungen arbeitenden Impuls- tiometers von 0 bis 180° dem Bereich von 180 bis zähler mit Ziffern-Stufen, von denen jede einem be- 360° gleicht, so daß mit den gleichen Abgriffen auch stimmten Abgriff an jedem Potentiometer zugeordnet 50 der zuletzt genannte Bereich dargestellt werden kann, ist, ferner durch Steuereinrichtungen zum Steuern Mit den sechs Abgriffen wird also der gesamte jeder Ziffern-Stufe, ferner durch einen Impulsgene- Winkelbereich von 360° mit den zehn einzelnen rator, der über ein Additionstor und ein hierzu Winkellagen 0, 36, 72 ... 324° erfaßt. Wie später paralleles Subtraktionstor, die beide abhängig vom noch beschrieben wird, können die Abgriffe in AbSinne der Spannungsdifferenz der eingeschalteten 55 hängigkeit von den zehn Ziffern 0 bis 9 ausgewählt Abgriffe über einen Differenzverstärker geöffnet werden. Die Endabgriffe sind mit CTO und CT 5 bewerden, sowie über ein Oder-Tor mit dem Zähler zeichnet, da sie nur die Winkel 0 (oder 360°) bzw. verbunden ist, um in Abhängigkeit von der Diffe- 180° bezeichnen. Die anderen Abgriffe sind dagegen renz zwischen der Ausgangsspannung der ange- mit CT1/9 (die Winkel 36 und 324° darstellend), , schalteten Abgriffe und einer vorgegebenen Span- 60 CT2/8 (72 und 288°) usw. bezeichnet,
nung den Zähler zu betätigen und in der Rieh- Die Abgriffe sind einzeln durch Schalter CSO, \ tung auf eine Ziffern-Stufe zu bringen, in der die CS1/9 usw. mit einer gemeinsamen, dem Potentio-Spannungsdifferenz zum Verschwinden gebracht meter 19 zugeordneten Ausgangsleitung 25 verbunden, wird. Das Potentiometer 20 ist in gleicher Weise mit Ab-

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfin- 65 griffen im Abstand von 36° versehen. Da dieses dung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung er- Potentiometer jedoch als Sinus-Potentiometer verläutert, wobei das Muster sich mit dem Werktisch wendet wird, wird der Bereich von 360° durch die eines Maschinenwerkzeuges relativ zu einem Be- fünf Abgriffe ST0/S (die Winkel 0 und 180° dar-

stellend), ST 1/4 (36 und 144°), ST2/3 (72 und 108°), ST6/9 (216 und 324°), und 5Γ7/8 (252 und 288°) erfaßt, von denen der Abgriff ST 0/5 einen Mittelpunktsabgriff darstellt. Diese Abgriffe sind einzeln über Schalter SS 0/5, 551/4 usw. mit einer dem Potentiometer 20 zugeordneten Ausgangsleitung 26 verbunden.

Der Einfachheit halber sind die Schalter CS und 55 als elektromechanische Schalter in F i g. 1 dargestellt. Im allgemeinen werden jedoch elektronische Schalter verwendet, wie sie nachstehend beschrieben werden.

Die Leitungen 25 und 26 sind mit dem Eingang eines Differenzverstärkers 27 verbunden, dessen Ausgang ein Fe'hlersignal zur Steuerung der Additionsund'Subtraktionstore GA und GS liefert'^die parallel zueinander mit dem Ausgang eines Impulsgenerators 31 verbunden sind. Die Ausgangsseiten der Tore werden zur Steuerung einer Schaltung 32 mit zwei Schaltstellungen verwendet, deren Ausgang über Leitungen 33 mit den Additions/Subtraktions-Steuerungsschienen eines Hauptzählers 34 und eines phasenstarren Impulszählers 35 verbunden sind. Die Ausgänge der Tore sind ferner mit der Eingangsseite eines Oder-Tores 36 verbunden, dessen Ausgang das Betriebssignal für beide Zähler liefert.

Der Zähler 34 ist ein Zähler mit mehreren Dekaden, der in zwei Richtungen zählen kann und der zur Anzeige der algebraischen Summe der dem Zähler 35 zugeführten Impulse und damit zur Anzeige der Stellung des Werktisches dient.

Der Zähler 35 ist ein elektronischer Zweirichtungszähler mit einer einzigen Dekade mit zehn Ausgängen in Form von Ziffern-Stufen D 0 bis D 9, die die entsprechenden Ziffern des Zählers darstellen. Die Ausgangsleitung jeder Stufe ist jeweils nur einem Winkel zugeordnet, der durch einen Abgriff an jedem Potentiometer dargestellt ist. Diese Leitungen sind in Fig. 1 nur durch die gestrichelte Linien 37 so verbunden, daß sie die Schalter CS und SS steuern. Sie sind im Vergleich miteinander so erregt, daß, wenn der Zähler die Ziffer 0 hält und folglich die entsprechende Ausgangsleitung D 0 aktiviert ist, nur die Schalter C50 und SS 0/5 geschlossen sind, wobei sie die entsprechenden Abgriffe mit den Leitern 25 bzw. 26 verbinden. Hält der Zähler die Ziffer 1, sind nur die Schalter CS1/9 und SS1/4 geschlossen usw. Ein schrittweises Schalten des Zählers 35 von der Ziffer 0 zur Ziffer 9 und zurück zur Ziffer 0 bewirkt, daß die Abgriffe über einen Bereich von 360°, bei 0° beginnend und wieder bei 0° endend, abgetastet werden, wobei sie bei einem bestimmten Wert Φ beispielsweise in den entsprechenden Potentiometern die durch die augenblicklich zugeschalteten Abgriffe dargestellten Winkel gleich halten. Das Ausgangssignal auf der Leitung 25 ist daher immer proportional dem Produkt aus cos Φ und der an das Potentiometer 19 gelegten Spannung. Das Ausgangssignal auf der Leitung 26 ist proportional dem Produkt von sin Φ und der das Potentiometer 20 erregenden Spannung.

Befindet sich das Muster um den Winkel Θ vom .Ausgangspunkt entfernt, wird das Potentiometer 19 proportional zu sin Θ erregt und liefert somit über die Leitung 25 eine Spannung, die proportional dem Produkt sin Θ + cos Φ ist. In gleicher Weise liefert das Potentiometer 20 über die Leitung 26 eine Spannung, die proportional dem Produkt aus cos Θ und sin Φ ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 27 liefert somit ein Fehlersignal, das von der Differenz zwischen diesen Spannungen abhängt, d. h. von:

(sin Θ · cos Φ) — (cos Θ · sin Φ) = sin (Θ — Φ).

Für kleine Winkelunterschiede (bis zu etwa 20°) kann für sin (Θ — Φ) gleich (0 — Φ) gesetzt werden. Richtung und Größe dieses Fehlerausgangssignals des Verstärkers 27 bewirken, daß das Tor GA geöffnet wird, wenn Φ kleiner ist als Θ, bis zu einer

ίο Größe von mindestens der Hälfte der Winkeldifferenz zwischen den einzelnen Abgriffen, d. h., wenn Θ mehr als 18° größer ist als Φ. Dagegen wird das Tor GS geöffnet, wenn Θ bis zum gleichen Maße kleiner als Φ wird. Wie später erklärt werden wird, bewirkt diese Richtungsunterscheidung, daß der Zähler so betrieben wird, daß er die Abgriffe nacheinander in einer Richtung zuschaltet, in der das Fehlersignal aufgehoben werden kann.

Es soll angenommen werden, daß sich bei Inbetriebnahme der Werktisch zunächst in einer Ausgangsposition befindet, in der Θ den Bezugswert 0° hat. Außerdem soll angenommen werden, daß der Zähler 35 auf die Ziffer 0 geschaltet ist und dementsprechend nur die Schalter CSO und SSO/5 geschlossen sind, und daß jede Dekade des Zählers 34 ebenfalls auf der Ziffer 0 steht. Wenn diese beiden Schalter geschlossen sind, ist der Winkel Φ, der durch den zugehörigen Abgriff dargestellt ist, gleich 0°. Es sind also Θ = Φ, so daß kein Ausgangssignal am Verstärker 27 auftritt. Die Tore GA und GS sind also beide geschlossen, und keiner der fortlaufend vom Impulsgenerator 31 erzeugten Impulse kann zu den Zählern gelangen.

Angenommen, der Tisch und damit das Muster bewegte sich vorwärts, so steigt der Wert für Θ an. Mit dem noch untätigen Zähler 35 bleiben die Schalter CSO und SSO/5 geschlossen und halten Φ auf 0°. Der Verstärker 27 beginnt daher ein Fehlersignal zu erzeugen, das jedoch nicht sofort stark genug ist, um eines der Tore zu beeinflussen. Sobald Θ jedoch 18° überschreitet, reicht das erzeugte Fehlersignal aus, um eines der Tore zu öffnen, und zwar im vorliegenden Falle das Tor GA, da Φ kleiner ist als Θ. Der nächste vom Impulsgenerator 31 erzeugte Impuls gelangt also durch das Tor GA. Dieser Impuls hat zwei Wirkungen: er stellt die Schaltung 32 in ihre Additionsstellung (wenn sie nicht bereits in dieser Stellung ist), so daß beide Zähler in ihre Vorwärtszählstellung gebracht sind, und gelangt über das Tor 36 auf die Zähler, um jeden um eine Ziffer vorzustellen.

Die Wirkung des Weiterschaltens des Zählers 35 besteht darin, daß die !Schalter CSO und SSO/5 geöffnet und die Schalter CS1/9 und SS1/4 geschlossen werden, wodurch der Winkel Φ in jedem Potentiometer auf 36° vergrößert wird; Φ also Θ nachgestellt und möglichst gleichgestellt wird. Dadurch geht das Fehlersignal nach Null, und wenn die Winkeldifferenz kleiner als 18° wird, reicht das Fehlersignal nicht mehr aus, das Tor GA (bzw. GS) offenzuhalten, und es gelangen keine weiteren Impulse zu den Zählern, bis Θ wiederum gegenüber dem neu eingestellten Wert Φ eine Differenz von mehr als 18° erreicht hat. Die Bewegung des Musters ist also begleitet von einem entsprechenden Umschalten zwischen benachbarten Potentiometerabgriffen durch den Zähler 35, wodurch eine schrittweise Änderung des Winkels Φ jeweils nach einem Zuwachs des sich stetig ändern-

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den Winkels Θ von einem halben Teilungswinkel richtung umzuschalten, ehe der Impuls den Zählern

(18°) erzielt wird. Die zum Zähler 34 gelangenden zugeführt wird, kann eine Verzögerungsstufe 36 not-

Impulse werden dort addiert, und aus ihrer Gesamt- wendig werden, wie sie in Fig. 1 zwischen dem

summe ergibt sich eine Anzeige der Stellung des Oder-Tor 36 und den Zählern gestrichelt angedeutet

Tisches. 5 ist.

Sollte sich der Tisch aus einer vorgerückten Wie bereits erwähnt, sind die Schalter CS und SS

Stellung zurückbewegen, so wird Θ kleiner als Φ. Die vorzugsweise elektronische Schalter. Eine vorteil-

Folge davon ist, daß nunmehr durch das Fehlersignal hafte Ausführung eines solchen Schalters — bei-

bei einer ausreichend großen Winkeldifferenz das spielsweise des Schalters CS1/9— ist in Fig. 2 dar-

Tor GS geöffnet und die Schaltung 32 ausgelöst wird, io gestellt. Der zugeordnete Abgriff CT1/9 ist mit der

während die Zähler in ihre Subtraktionsstellung ge- Leitung 25 über zwei einander entgegengesetzte

schaltet werden. Der Zähler 35 zählt nun in der um- Punkte einer Gleichrichterbrücke 41 verbunden,

gekehrten Richtung wiederum in Anpassung des deren andere beiden einander entgegengesetzten

Wertes von Φ an den Wert Θ. Im Zähler 34 werden Punkte mit dem Emitter bzw. dem Kollektor eines _;

die Impulse von der Gesamtsumme abgezogen, wo- 15 Transistors 42 verbunden sind. Die Basis des Tran-

durch der verringerte Abstand des Tisches von seiner sistors 42 ist über einen Widerstand 43 mit der KoI-

Ausgangsbezugsstellung angezeigt wird. lektorelektrode eines weiteren Transistors 44 ver-

Der Zähler wird also von den Impulsen in einem bunden, die außerdem über einen Widerstand 45 an Richtungssinne betätigt, der vom Richtungssinn der eine negative Spannungsquelle gelegt ist. Der Emitter Differenz zwischen den Spannungen auf den mit den 20 ist an eine positive Spannungsquelle gelegt. Die Basis zugeschalteten Abgriffstellen verbundenen Leitungen ist mit dem Abgriff eines Widerstandes 46 verbun-25 und 26 abhängt, und zwar, sobald diese Differenz den, der zwischen einer positiven und einer negativen einen vorbestimmten Wert, der durch eine Winkel- Spannungsquelle in Reihe mit einem Widerstand 47 differenz von 18° zwischen der Stellung des Musters liegt. Die Ausgänge der Ziffernstufe 1 und derZiffern- und dem Schaltzustand der Potentiometer bestimmt 25 stufe 9 des Zählers 35 sind mit dem Verbindungsist, überschreitet. punkt der Widerstände 46 und 47 über die Dioden

Wenn die Tischbewegung aufhört, arbeitet der 48 bzw. 49 verbunden (um eine gegenseitige Beein-

Meßumformer so lange weiter, bis Φ in der Nähe flussung der Schalter zu vermeiden). Jede Diode ist

von Θ liegt und die Stärke des Fehlersignals nicht so gepolt, daß sie leitet, wenn der Ziffernstufenaus-

mehr zum Schalten der Tore GA und GS ausreicht. 30 gang positiv ansteigt und damit das Vorliegen dieses

Dann gelangen keine Impulse mehr zu den Zählern, Ziffernwertes anzeigt.

und die im Zähler gehaltene Summe zeigt die vom Die Brücke leitet für den Fall, daß das Potential

Tisch eingenommene Ruhestellung an. des Abgriffes CT1/9 — wie indirekt durch die Aus-

Sollte eine kurze, vorübergehende Bewegung des gangsspannung der Fotozelle 21 bestimmt — ober-

Tisches eintreten, die schneller ist als die Grenzen- 35 ^{halb ode}r unterhalb des Potentials der Leitung 25

Sprechgeschwindigkeit des Meßumformers, die durch liegt, das durch die Eingangsvorspannung des Ver-

die Folgegeschwindigkeit der vom Impulsgenerator stärkers 27 bestimmt wird. Wenn der Transistor 42

31 gelieferten Impulse bestimmt wird, so tritt kein leitet, nimmt die Leitung 25 über die Brücke das

bleibender Fehler auf, solange Φ nicht um mehr als Potential des Abgriffes CT1/9 an, wodurch der Ab-

die Hälfte einer Periode des Musters hinter Θ nach- 40 griff effektiv zugeschaltet ist, unabhängig vom Vor-

eilt, denn nach dem Aufhören dieser vorübergehen- zeichen der Potentialdifferenz. Wenn der Transistor

den Bedingung arbeitet die Vorrichtung weiter, bis gesperrt ist, ist der Strompfad zwischen dem Ab-

Φ Θ eingeholt hat, ohne daß irgendwelche Impulse griff CT1/9 und der Leitung 25 unterbrochen. Die

verlorengehen. der Basis des Transistors 42 vom Zähler 35 über den

Die Vorrichtung arbeitet auch in der vorstehend 45 Transistor 44 zugeführten Potentiale sind so gewählt, beschriebenen Weise, wenn irgendein momentanes ^daß der Transistor nur leitend ist und das Potential Versagen von einem der Zähler eintreten sollte, bei- des Abgriffes CT1/9 auf die Leitung 25 gelangt, spielsweise durch das verspätete Auslösen eines ^we"n der Zähler entweder die Ziffer 1 oder 9 hält. Multivibrators. Die Charakteristik der Vorrichtung Der Transistor 44 dient zum Modifizieren der Gleicherlaubt es, den Hauptzähler kurzzeitig anzuhalten, 50 Stromsignale der Ziffernausgänge des Zählers 35 soum beispielsweise eine automatische Ablesung vor- wohl hinsichtlich der Richtung als auch der Größe, zunehmen, während der Meß- und Steuerprozeß als wodurch gewährleistet wird, daß der Transistor 42 solcher insgesamt ununterbrochen weiterlaufen kann. bei diesen Signalen voll geschaltet wird.
Jeder Impuls in den Zählern stellt ein Zehntel der Der Ausgang der Ziffernstufe 1 des Zählers 35 ist Tischbewegung dar, die durch eine Periode des 55 über eine weitere Diode 48¹ mit dem Schalter SS1/4, Musters dargestellt wird. und der Ausgang der Ziffernstufe 9 über eine Diode

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, 49¹ mit dem Schalter 556/9 verbunden. Jeder dieser

daß ein unechter, an den Zählern ankommender, Schalter ist ähnlich dem bereits beschriebenen

von den Fotozellen oder selbst von einer lokalen Schalter C51/9 aufgebaut.

Interferenzquelle ausgehender Impuls nur eine äugen- 60 Von allen anderen Ziffernausgängen des Zählers

blickliche Fehlanzeige der Zähler bewirkt, da, sobald 35 führen Verbindungen über nicht dargestellte

der Impuls aufgehört hat, die Zähle,r, automatisch in Dioden zu den zugeordneten anderen Schaltern. ;,;.,

ihre echte Phasenlage zu den Zelferiausgängen zu- Wenn der Zähler von Ziffer zu Ziffer weiter-'

rückgestellt werden. schreitet, erfolgt eine Weiterschaltung zwischen den

Um zu gewährleisten, daß der bei irgendeiner Um- 65 Abgriffen, wenn die entsprechenden Transistoren

kehrung der Bewegungsrichtung des Musters auf- leitend werden.

tretende Impuls Zeit hat, die Schaltung 32 zu be- Die Abgriffe werden vorzugsweise mit Hilfe eines

tätigen und damit jeden Zähler in die andere Zähl- Zählers weitergeschaltet, der unabhängig vom Haupt-

zähler ist, selbst dann, wenn, wie vorstehend beschrieben, der Hauptzähler die Grundmeßeinheit in die erforderliche Anzahl von Schritten aufteilt, da der Zähler 35 notwendigerweise phasenstarr zu dem Muster sein muß und daher nicht auf 0 zurückgestellt werden kann, wenn nicht das Muster in seine stets gleiche Ausgangsstellung zurückgestellt ist. Bei einem unabhängigen phasenstarren Zähler kann der Hauptzähler auf 0 zurückgestellt werden, sobald das Muster in irgendeine willkürliche und passend ge- ίο wählte Stellung gebracht worden ist.

Es ist wünschenswert, daß das Muster mit gleichet, mäßiger Intensität beleuchtet wird, da anderenfalls die resultierenden Schwankungen der Fotozellenausgangssignale entsprechende Schwankungen des Fehlersignals hervorrufen können, die ausreichen können, um die Tore GA und GS in unerwünschter Weise zu öffnen, so daß eine falsche Zahl von Impulsen zu den Zählern gelangt. Um eine ausreichende Konstanz der Lichtintensität zu erzielen, kann eine Schaltungsanordnung nach F i g. 3 verwendet werden. In ihr ist ein weiteres Sinus-Potentiometer vorgesehen, in dem das Kosinus-Potentiometer 19 (von dem nur ein Teil dargestellt ist) zusätzlich fünf, entsprechend der Sinusfunktion angeordnete Abgriffe S¹T 0/5, S¹TIjA, usw. erhält. In gleicher Weise ist das Sinus-Potentiometer 20 mit zusätzlichen sechs, entsprechend der Kosinus-Funktion angeordneten Abgriffen C¹Z¹O, C¹T1/9 usw. versehen, wodurch ein weiteres Kosinus-Potentiometer geschaffen wird. Diese zusätzlichen Abgriffe sind durch Schalter S¹ S 0/5, S¹ S1/4 usw. mit einer Ausgangsleitung 25¹ bzw. über Schalter C¹SO, C¹S1/9 usw. mit einer Ausgangsleitung 26¹ verbunden. Die Schalter entsprechen der in F i g. 2 dargestellten Ausführung. Sie werden durch zusätzliche Steuereinrichtungen in gleicher Weise durch die Ziffernausgänge des Zählers 35 gesteuert und arbeiten wieder über Dioden, um unerwünschte Zwischenverbindungen zwischen den Schaltern zu verhindern. So wird der Ziffernausgang 1 mit dem Ziffernausgang 9 zur Steuerung der Schalter CS1/9 und C¹ S1/9 und mit dem Ziffernausgang 4 zur Steuerung der Schalter SSlM und S¹Sl^ verwendet. Die Leitung 25¹ wird auf diese Weise in Abhängigkeit von E ■ sin Θ ■ sin Φ und die Leitung 26¹ in Abhängigkeit von E · cos Θ · cos Θ erregt, wobei E die Amplitude der auf die Potentiometer gegebenen Signale ist, die selbst von der Helligkeit der Lichtquelle abhängt.

Die Leitungen 25¹ und 26¹ sind mit den Eingängen einer Summier-Verstärkerstufe 51 verbunden, deren Ausgangsspannung in einem Komparator 52 mit einer vorbestimmten Vergleichsspannung verglichen wird, die über einen verstellbaren Abgriff von einem an»eine feste Spannung gelegten Potentiometer 53 abgenommen wird. Die Ausgangsspannung des Komparators, die nach Größe und Richtung von der Differenz zwischen den beiden ihm zugeführten Spannungen abhängt, wird über einen Regulator 54 zur Steuerung der Helligkeit der das Muster beleuchtenden Lampe 55 verwendet.

Im Betrieb ist die Ausgangsspannung des Verstärker 51 proportional

E- (sin Θ ■ sin Φ + cos Θ · cos Φ) _g

wenn, wie es gewöhnlich der Fall sein wird, Θ ungefähr gleich Φ ist. Der Läufer des Potentiometers 53 ist so justiert, daß der Ausgang des Komparator gleich 0 ist, wenn E den gewünschten, der geforderten Intensität des Lichtes der Lampe 55 entsprechenden Wert hat. Irgendeine Abweichung der Lichtintensität von dem gewünschten Wert erzeugt im Komparator 53 ein Fehlersignal mit entsprechendem Vorzeichen, das den Regulator 54 einschaltet, um die Lampe auf die gewünschte Helligkeit zurückzustellen.

In den bisher beschriebenen Schaltungen wird die Vorrichtung umgeschaltet, sobald Φ gegenüber Θ um mehr als eine halbe Periode des Wellenmusters nacheilt oder voreilt, d. h., daß dann Impulse subtrahiert anstatt addiert werden oder umgekehrt. Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß eine solche Umschaltung eintritt, wenn nicht ein Fehler auftritt. Um in einem solchen Fall ein Warnsignal oder eine andere Anzeige zu bewirken, kann der Meßumschalter nach F i g. 1 mit einer in F i g. 4 dargestellten Hilfsschaltung versehen werden. Diese Hilfsschaltung berücksichtigt den Umstand, daß ein derartiger Fehler durch zu viele, beispielsweise mehr als drei vom Impulsgenerator 31 zu den Zählern gelangenden aufeinanderfolgenden Impulse bewirkt wird. Die Ausgangsimpulse des Oder-Tores 36 werden deshalb zusätzlich als Eingangssignale auf einen Hilfszähler 61 gegeben, der als binärer Zweistufenzähler aufgebaut ist. Dieser Stufe wird jeder Impuls des Impulsgenerators 31 in der Weise zugeführt, daß er den Zähler auf eine Bezugszahl, im allgemeinen 0, zurückstellt, sobald kein synchroner Impuls vom Tor 36 erscheint. Das überschüssige Ausgangssignal oder Übertragungssignal von der Ziffer drei zur Ziffer vier der Stufe wird über einen Leiter 62 zu der Anzeigeschaltung geleitet.

Im Betrieb wird der Hilfszähler 61 nur ein Ubertragungssignal entwickeln und dadurch ein Warnsignal abgeben, wenn er einen vierten Impuls vom Tor 36 empfängt. Unter normalen Betriebsbedingungen, wenn sich Φ nahe Θ hält, werden die Tore GA und GS für die vom Impulsgenerator 31 kommenden Impulse geschlossen, ehe vier von ihnen durchgegangen sind. Der erste gesperrte Impuls des Impulsgenerators, der den Zähler 61 erreicht, ohne daß dort auf dem additiven Eingang ein synchroner Impuls vom Tor 36 erscheint, stellt die Stufe auf 0 zurück. Solange also nicht vier aufeinanderfolgende Impulse zum Zähler gelangen, wird die Stufe 61 nicht wirksam und keine Fehlerwarnung abgeben.

Wo es notwendig ist, die Vorrichtung gegen Verschiebungen von Schaltkreiskonstanten zu stabilisieren, können an Stelle von zwei Fotozellen vier Fotozellen verwendet werden. Wie in F i g. 5 dargestellt ist, sind vier Zellen 21¹D¹Us 24 vorgesehen, die_ auf die Stellung des Musters 10 in den Positionen 11 bis 14 ansprechen, die jeweils gegeneinander um 90° versetzt sind. Die 'Ausgänge der Fotozellen 21 und 23, die entsprechend in Gegenphasen liegen, werden dem Potentiometer 19 über einen Differenzverstärker 65 zugeleitet, der zwei Transistoren aufweisen kann, von denen jeder einer Fotozelle zugeordnet ist, und die sich beide in eine gemeinsame Emitterbelastung teilen. Die gegenphasigen Ausgangssignale der Zellen 22 und 24 werden über einen gleichen Differenzverstärker 66 dem Potentiometer 20 zugeführt.

Wenn zur Stabilisierung die Verwendung von drei Fotozellen bevorzugt wird, die auf die Stellung des Musters in Abständen von 120° ansprechen, können die um 90° gegeneinander versetzten Speisespan-

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nungen für die Potentiometer 19 und 20 durch eine Schaltung gemäß F i g. 6 gewonnen werden.

In dieser Schaltung sind drei Transistoren 71 bis 73 auf eine gemeinsame Emitterbelastung 74 geschaltet. Die Kollektorelektroden der Transistoren sind über Belastungswiderstände 75 bis 77 an Erdpotential gelegt und miteinander durch eine Ringanordnung von Widerständen 81 bis 83 verbunden, die eine Phasenumformerstufe bilden. Die drei nicht dargestellten Fotozellen sind jeweils mit einer Basis der drei Transistoren verbunden; falls notwendig, jeweils über eine Verstärkerstufe. Die um 90° gegeneinander versetzten Ausgangssignale werden über passend angeordnete Abgriffe am Widerstandsring 81 bis 83 angenommen. Der Ring wirkt wie eine in Dreieck geschaltete Netzbelastung auf die von den Zellen gelieferte Dreiphasen-Speisespannung und liefert so alle Phasenwinkel, angefangen von 0° (beispielsweise am Abgriff 84, an dem der Kollektor des Transistors 71 mit dem Ring verbunden ist) über den Winkel 90° (am Abgriff 85 nach drei Vierteln des Weges entlang dem Widerstand 81), den Winkel 180° (am Abgriff 86 in der Mitte des Widerstandes 82 und diametral gegenüber dem Abgriff 84), den Winkel 270° (am Abgriff 87 des Widerstandes 83, diametral gegenüber dem Abgriff 85) usw. Das Kosinus-Potentiometer 19 ist an die Abgriffe 84 und 86 angeschlossen und das Sinus-Potentiometer 20 an die Abgriffe 85 und 87.

Die Stabilisierung gegen Änderungen der Schaltkreiskonstanten wird durch die Verwendung eines gemeinsamen Emitterbelastungswiderstandes 74 erzielt, der mit den drei Transistoren eine Stabilisierungsstufe bildet.

Ähnliche phasenverschiebende Netzwerke können verwendet werden, um eine um 90° gegeneinander versetzte Speisespannung von den Zellen zu erreichen, wenn mehr als vier Abtasteinrichtungen verwendet werden.

Es ist nicht notwendig, daß die Potentiometer-Speisespannungen genau um 90° gegeneinander verschoben sind. Es wurde festgestellt, daß auch Phasendifferenzen in einem Bereich zwischen 45 und 135° annehmbare Resultate lieferten. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, daß das zyklische Muster genau sinusförmig verläuft.

Das Wellenbildmuster kann beispielsweise auch ein magnetisches Muster sein, wobei als Abtasteinrichtungen elektromagnetische Übertrager verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Meßumformer zum Bestimmen der Größe und Richtung der Bewegung eines sich hinsichtlich eines Bezugsgebildes in der einen oder der anderen von entgegengesetzten Richtungen bewegenden sinusförmigen Wellenbildmusters mit mindestens zwei Abtasteinrichtungen, die an einer gleichen Anzahl von Punkten elektrische Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem Zustand des Wellenbildmusters erzeugen, wobei diese Ausgangssignale in jedem gegebenen Augenblick proportional zum Sinus- bzw. Kosinus eines einen Zustand des Musters in diesem Augenblick darstellenden Winkels sind, ferner mit einem Kosinus- und einem Sinus-Potentiometer, die mit Abgriffen versehen sind, wobei das Sinus-Signal an das Kosinus-Potentiometer und das Kosinus-Signal an das Sinus-Potentiometer geführt wird, gekennzeichnet durch elektronische Schalter (CS0,CSl/9 ...) mit einem Transistor (42) für jeden Abgriff, um die Abgriffe der Potentiometer (19, 20) gleichzeitig anzuschalten, ferner durch einen an sich bekannten, in zwei Richtungen arbeitenden Impulszähler (35) mit Ziffern-Stufen (DO bis D 9), von denen jede einem bestimmten Abgriff an jedem Potentiometer zugeordnet ist, ferner durch Steuereinrichtungen (37, 43 bis 49) zum Steuern jeder Ziffern-Stufe (35), ferner durch einen Impulsgenerator (31), der über ein Additionstor (GA) und ein hierzu paralleles Subtraktionstor (GS), die beide abhängig vom Sinne der Spannungsdifferenz der eingeschalteten Abgriffe über einen Differenzverstärker (27) geöffnet werden, sowie über ein Oder-Tor (36) mit dem Zähler (35) verbunden ist, um in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Ausgangsspannung der angeschalteten Abgriffe und einer vorgegebenen Spannung den Zähler (35) zu betätigen und in der Richtung auf eine Ziffern-Stufe zu bringen, in der die Spannungsdifferenz zum Verschwinden gebracht wird.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung mit einem Hilfszähler (61) zur Erzeugung eines Warnsignals vorgesehen ist, sobald vom Impulsgenerator (31) mehr als eine vorgegebene Zahl aufeinanderfolgender Impulse auf den Impulszähler (35) gegeben wird.

3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Muster ein von einer Lichtquelle beleuchtetes optisches Muster ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer konstanten Lichtintensität je ein weiteres Sinus- und Kosinus-Potentiometer vorgesehen ist, die mit Abgriffen in bestimmten Winkelintervallen versehen und durch Signale der Abtasteinrichtungen erregbar sind, die in jedem Augenblick dem Sinus oder Kosinus des Winkels des Musters proportional sind, daß ferner weitere Schalter zum Anschalten diese Abgriffe und weitere Steuereinrichtungen vorgesehen sind, wobei diese Schalter durch den Zähler (35) so betätigbar sind, daß die in den beiden Potentiometern entsprechend verbunden Abgriffe in jedem Augenblick den Winkel darstellen, der der gerade erregten Ziffern-Stufe zugeordnet ist, daß ferner eine Additionsstufe zur Bildung einer Spannung vorgesehen ist, die von der Summe der Ausgangsspannungen der' eingeschalteten Abgriffe der beiden, Potentiometer abhängig ist, und daß Steuereinrichtungen zum Regulieren der Helligkeit der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der so gebildeten Spannung und einer vorgegebenen Bezugsspannung vorgesehen sind.

4. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Zwei-Richtungs-Zähler vorgesehen ist,' der*'%ie algebraische Summe der zu dem Schaltzähler gelangenden Impulse anzeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen