DE2104289A1

DE2104289A1 - Elektrische Schaltungsanordnung zur Speicherung eines positiven und eines negativen Endwertes von analogen Eingangs Signalen zur Erzeugung eines elektrischen Prazisionsausgangssignals

Info

Publication number: DE2104289A1
Application number: DE19712104289
Authority: DE
Inventors: Norman R Dayton Ohio Sanford (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Warner and Swasey Co
Priority date: 1970-02-04
Filing date: 1971-01-29
Publication date: 1971-10-14
Also published as: CH534870A; ZA71525B; US3665506A; GB1317495A; DE2104289C3; SE359374B; CA941927A; DE2104289B2; FR2078178A5

Description

Dr. !ikj. Η. Kejpndank

Dipl. Ing. H. Hauclc The Bendix Corporation _{Dip| phys} _ψ ^^

Executive Offices

Bendix Center Te.. 5 33 05 86

Southfield, Mich. 48075, USA cioOGUtfr 28. Juni 1971

Elektrische Schaltungsanordung zur Speicherung eines positiven und eines negativen Endwertes von analogen EingangsSignalen zur Erzeugung eines elektrischen Präzisionsausgangssignals

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Einrichtung zur Verbesserung der Qualität eines Eingangssignals zwecks Bildung eines elektrischen Präzisionsausgangssignals, insbesondere für eine Meßanordnung.

Viele heutzutage verwendete Maschinen machen ausgiebig Gebrauch von der elektrischen Energie, um zahlreiche Steuerfunktionen oder ähri&ches durchzuführen. Beispielsweise im Fall von Meßvorrichtungen hat sich als vorteilhaft herausgestellt, eine elektrische Einrichtung vorzusehen, die Endwerte von Spannungssignalen speichert und verwendet, um FertigungsCharakteristiken zu bestimmen. Die elektrische Vorrichtung dieser allgemeinen Art jedoch, wie 3ie bisher vorgeschlagen wurde, ist verhältnismäßig unzuverlässig und führt Spannungsabfälle ein, die das Eingangsspannungssignal wesentlich herabsetzen. Ferner arbeitet die Vorrichtung verhältnismäßig langsam, um ein brauchbares Ausgangsspannungssignal abzugeben.

Die Erfindung sieht eine elektrische Einrichtung mit Halbleiterbauelementen und eine diese verwendende Meßvorrichtung vor, in der ;

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ein elektrisches Eingangssignal in seiner Qualität und Verwendbarkeit verbessert wird, um ein elektrisches Präzisions-Ausgangssignal durch eine zusammenwirkende Anordnung aus einem Verstärker, einer Speichervorrichtung für einen Spannungspegel und zwei Ladevorrichtungen zu erhalten. Die erste dieser beiden Ladevorrichtungen ist zwischen die Ausgangsklemme des Verstärkers und dem Ausgangsanschluß der Speichervorrichtung geschaltet und ermöglicht nur eine negative Aufladung der Speichervorrichtung, und die zweite der beiden Ladevorrichtungen ist zwischen die Ausgangsklemme und dem Ausgangsanschluß geschaltet und ermöglicht ^! nur eine positive Aufladung der Speichervorrichtung. Eine der Vorrichtungen wird über ein vorgegebenes kurzes Zeitintervall betätigt und die andere Vorrichtung wird über ein im wesentlichen ' unbegrenztes Zeitintervall betätigt und bewirkt einen Spannungspegel am Ausgangsanschluß, der in seiner Größe gleich ist dem Spannungspegel des Eingangssignals, um eine Anfangsspannung festzulegen. Die andere Ladevorrichtung wirkt dann mit dem Verstärker zusammen, um den Spannungspegel am Ausgangsanschluß nur in einer ' Richtung von der Anfangsspannung aus gesehen direkt proportional ' mit dem Eingangssignal zu verändern und dadurch das Präzisions-Ausgangssignal mit großer Geschwindigkeit und im wesentlichen i

i ohne einen Abklingvorgang zu bilden. j

Weitere Einzelheiten, Anwendungsfälle und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von anliegenden Zeichnungen hervor.

Die anliegenden Zeichnungen stellen eine beispielhafte Ausführungi

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; form der Erfindung dar.

Pig. I zeigt fragmentarisch eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Meßvorrichtung, die zur Prüfung der inneren zylindrischen Fläche einer Bremstrommel für Automobile verwendet wird und die eine Ausführungsform der verbesserten elektrischen Einrichtung gemäß der Erfindung verwendet,

Pig. 2 zeigt fragmentarisch einen Teil einer Bremstrommel, die in eine Meßvorrichtung nach Pig. 1 eingesetzt ist, zusammer. mit einem zugeordneten Meßkopf und eine elektrische Schaltung, die die elektrische Einrichtung nach der Erfindung enthält, in der eine derartige Schaltung verwendet wird, um Unrundungen und Abschrägungen festzustellen und um die Durchmesser mehrerer zu prüfender Bremstrommeln mit Hilfe der Meßvorrichtung nach Fig. 1 zu klassifizieren.

Fig. 3 zeigt schematisch Einzelheiten der elektrischen Einrichtung gemäß der Erfindung, die mit dem Meßkopf in der Meßvorrichtung nach Fig. 1 verbunden ist.

Im folgenden wird bezug auf Fig. 1 der Zeichnungen genommen, die eine exemplarische Meßvorrichtung 10 darstellt, die eine exemplarische Ausführungsform der elektrischen Einrichtung nach der Erfindung verwendet. Die Meßvorrichtung 20 wird dazu verwendet, die innere zylindrische Fläche 21 einer Bremstrommel 22 auf Unrundungen und auf Abschrägungen zu überprüfen und enthält eine drehbare Spindel 23, die eine Bremstrommel 22 unterstützt und um eine vertikale mittlere Achse durch die Spindel in Drehung

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versetzt·

Die Meßvorrichtung 20 besitzt außerdem einen Meßkopf 24 (siehe \ Fig. 2)j die eine Tastfühlereinheit 25 aufweist, die an dem An- '

i ι schlußende eines Kerns befestigt ist, der sich gegenüber Wick- :

j ι

' lungen eines Präzisions-Differentialübertragers bewegt, die im ' , Inneren des Meßkopfes 24 angeordnet sind, um ein Meßsignal über zwei Leitungen 26 an einen Signaldemodulator und an eine Verstärkeranordnung 27 abzugeben, die ein Gleichspannungs-Ausgangfc

signal auf die Leitung 28 gibt. Der Kern eines derartigen i Übertragers wird normalerweise nach außen gedrückt, um den Fühler gegen die innere Fläche 21 der Bremstrommel 22 zu drücken und zu halten, und da die Bremstrommel 22 durch die Spindel 23 gedreht wird, wird jede Unrundung der inneren Fläche 21 in Bezug auf einen Referenzwert oder einen Referenzradius eine Bewegung des Fühlers 25 herbeiführen und somit entsprechende Signale vom Meßkopf 24 zur Anordnung 27 bewirken, die diese Signale ·

, verstärkt.

! j

: Der Meßkopf 24 wird so von der Meßvorrichtung gehalten, daß sein '

; Fühler 25 sich nahe der inneren Fläche 21 befindet. Zusätzlich i

! sind geeignete Mittel vorgesehen, um den Meßkopf 24 vertikal zu !

: bewegen, damit die zylindrische Fläche 21 in vielen Punkten in

der Vertikalen geprüft werden kann. Die Prüfsignale von der

Verstärkeranordnung 27 können als analoge Gleichspannungssignale¹ i
! in Form von positiven oder negativen Signalenvorgesehen sein, die einer exemplarischen Ausführungsform der Steuereinrichtung nach der Erfindung zugeführt werden, die auch als Variationsschaltung 30 bezeichnet werden sol 1^. die Präzisions-Ausgangssignale -5-

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~ 5 —

an die Leitung 32 abgibt. Das Variationssignal wird über die Leitung 32 zu einer Begrenzungsvorrichtung 25 abgegeben, die nacht folgend im einzelnen beschrieben werden soll.

Die Meßvorrichtung 20 besitzt eine Polgevorrichtung oder eine Steuervorrichtung 54, die mit der Variationsschaltung.50, der Begrenzungsvorrichtung 53 und mit einer Steuer- und Antriebseinrichtung_/ angedeutet durch 29 in Pig. 1, für den Meßkopf 24 und ^: die Spindel 25 verbunden ist. Die Steuervorrichtung bewirkt eine automatische Folge in an sich bekannter Weise, um eine automatische Prüfung der inneren Fläche 21 der Trommel 22 zu bewirken.

Bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bewegt die Steuervorrichtung 34 den Meßkopf 24 so, daß sein Fühler 25 mit dem am weitesten innen liegenden Teil der inneren Fläche 21 der Bremstrommel 22 in Eingriff steht, und dieser Eingriff findet über einen Bogen von l8o° statt, wie durch ~5ö angedeutet, der gefolgt wird durch eine vertikale Querbewegung des Meßkopfes 24, was durch 56 angedeutet ist, und dann erfolgt ein Eingriff mit dem äußeren Teil der inneren Fläche über einen Bogen von I80 , angedeutet bei 37. Die Bewegung entlang den Bögen 35 und 37 bei diesem erfindungsgemäßen Beispiel wird durch die drehbare Spindel 23 und die Trommel 22 bewirkt, wobei der Meßkopf 24 stationär gehalten wird. In manchen Anwendungsfällen der Erfindung kann bevorzugt sein, den Meßkopf sowohl zu drehen als auch vertikal zu bewegen, um die erforderliche Messung durchzuführen.

Die BegrenzungsVorrichtung besitzt mehrere Bezugsspannungen, ange-· „deutet, durch 4.Q*„ 41,... 42._und 42^ und...Jede .Bezugsspannung -6-

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enspricht einer Spannung, über- oder unterhalb der eine Eingangsspannung durch den zugehörigen Teil der Begrenzungsvorrichtung sich in Abweichung zulässiger Grenzen befindet. Insbesondere wird deutlich, daß die Folgevorrichtung 34 ein Aus gangs signal auf der Leitung 44 bildet, das mit der Bezugsspannung 40 verglichen wird, um eine Unrundung des inneren Abschnitts der zylindrischen Fläche 21 anzuzeigen, und dies wird ermöglicht während des Eingriffs des Meßfühlers 25 mit der inneren Fläche über den l8o -Bogen, der mit 35 bezeichnet ist. Sobald dieses Signal mit der Bezugsspannung verglichen ist, wird ein entsprechendes Ausgangssignal auf der Leitung 45 von der Begrenzungsvorrichtung erzeugt.

Die Folgevorrichtung 34 gibt dann Signale entweder auf die Leitung 46 oder 47 während der Bewegung des Meßkopfes entlang des vertikalen Weges 36, und die Signale auf den Leitungen 46 oder 47 werden mit der Referenzspannung 41 bzw. 42 verglichen, um anzuzeigen, ob entweder eine positive oder negative Verjüngung vorliegt und um ein Ausgangssignal entweder auf der Leitung 50 oder 51 zu bilden. Eine positive oder Plusverjüngung zeigt ein sich nach außen Erweitern der zylindrischen Fläche 21, während eine negative oder Minusverjüngung anzeigt, daß die zylindrische Fläche nach außen konvergiert, d.h. daß der Abschnitt mit dem größten Durchmesser der am weitesten innen liegende Abschnitt ist.

Die FoIgevorrichtung 34 führt dann einen Vergleich durch zwischen dem Variationssignal auf der Leitung 49 und der Bezugsspannung 43»

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um anzuzeigen, ob der äußere Abschnitt der inneren Fläche 21 unrund ist und um ein entsprechendes Ausgangssignal auf der Leitung 52 zu bilden.

j Jedes der Signale auf den Leitungen 45, 50, 51 und 52 wird einer Treiberanordnung 53 zugeführt, die eine Quelle höherer

Spannung ansteuert,und ein Signal von höherem Energiepegel be-

wirkt, das ausreicht, um Lampen 54, 55, 56 und 57 auf einer Tafel 60 zu betätigen. Diese Lampen zeigen an, daß der am meisten ι innen liegende Durchmesser nicht gleich ist, daß eine nicht zu- ' lässige Plusverjüngung der Trommel, eine nicht zulässige Minus- ^! Verjüngung der Trommel und eine Unrundheit im äußeren Abschnitt vorliegt.

• Wie aus Fig. 3 zu ersehen, besteht das Variations-Ausgangssignal { auf der Leitung 32 aus einem positiven Signal von der Leitung 6l und aus einem negativen Ausgangssignal von der Leitung 62, die zusammen in bekannter Weise über einen Differenzverstärker

: 63 kombiniert werden. Das an die Leitung 32 abgegebene Variations-Ausgangssignal wird zur Steuerung der Betätigung der Lampen 54 bis 57 auf der Tafel 60 verwendet. Es ist jedoch ersichtlich, daß sowohl das negative als auch das positive Signal auf den Leitungen 62 bzw. 6l allein dazu verwendet werden können, um bestimmte Meßfunktionen zu erfüllen, und um diese Tatsache zu be-

leuchten, kann das negative Signal auf der Leitung 6-2, falls er-{ wünscht,auf die Leitung 64 gegeben werden (siehe Fig. 2) zu einer Durchmesser-Klassifiziervorrichtung 65.

-8-1 i

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Die Klassifiziervorrichtung 65 klassifiziert Bremstrommeln 22, die durch die Meßvorrichtung 20 geprüft werden, in bezug auf einen minimalen Durchmesser, unabhängig davon, ob die Messung, die im weitesten innen liegenden Teil der inneren Fläche 21 oder am weitesten außen liegenden Teil der Fläche, gemessen entlang den Wegen 35 bzw. 37* stattfindet, um anzuzeigen, ob aufgrund der Größe jedes Signals der Innendurchmesser Übermaß hat, was ein ! Signal auf der Leitung 65 B bewirkt, ob er Untermaß hat, was ein Signal auf der Leitung 65 C bewirkt, oder ob mehrere Zwischen-

maße vorliegen, die Signale auf den Leitungen 63 D, 65 E oder 6j F : bewirken.

j Die Signale auf den Leitungen 65 B bis 65 F können geeigneten ! Zählvorrichtungen und Anzeigevorrichtungen, die mit 69 bezeichnet

! sind, über zugeordnete Leitungen 69 B, 69 C, 69 D, 69 E und 69 F

zugeführt werden, um auf jeder Bremstrommel Identifizierungs-Markierungen vorzusehen, die sich auf die Abmessungen stützen, die der Innendurchmesser aufweist, wobei eine geeignete Identifizierungs· ι ausrüstung, wie sie an sich bekannt ist, verwendet wird. Zusätzlich können die Signale auf den Leitungen 6i3B bis 65 F in einer Treiberanordnung 77 in geeigneter Weise verstärkt werden, um eine geeignete Spannungsquelle höherer Spannung anzusteuern und um ein Auslesen des Durchmessers auf eine Dauerspeichervorrichtung

j oder ähnliche vorzusehen, wie sie mit 78 bezeichnet ist.

Im folgenden wird auf Fig. 3 der Zeichnungen bezug genommen, in ; der eine elektrische Schaltungsanordnung 30 gemäß der Erfindung dargestellt ist. Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung

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besteht aus zwei Teilen, von denen der eine für den Teil eines Eingangssignals verwendet wird, der positiv ist und von denen der andere für den Teil eines Eingangssignals verwendet wird, der negativ ist. Eine ins einzelne gehende Beschreibung wird nur für das positive Eingangs- oder Meßsignal und für die zugehörigen Schaltelemente vorgenommen. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung in Verbindung mit dem negativen Eingangssignal im wesentlichen gleich ist mit einer ; kleinen Ausnahme, auf die weiter unten noch eingegangen wird.

Sobald eine Bremstrommel 22 auf der Meßvorrichtung 20 angeordnet ist und der Meßkopf 24 in Berührung damit gebracht ist, betätigt die Folgevorrichtung 5^ einen Schalter 66, so daß ein schwenkbarer Kontaktarm von einem normalerweise offenen Kontaktstift 67 sich zu einem Kontakt 68 bewegt. Dies bewirkt die Energiezufuhr zu einer Treiberstufe 70 für einen Feldeffekttransistor, die einen Feldeffekttransistor 71 einschaltet oder ansteuert. Gleichzeitig ! mit der Ansteuerung des Feldeffekttransistors 71 wird über einen j monostabilen Multivibrator 72 Spannung an eine weitere Treiberstuf^ 73 für einen Feldeffekttransistor gelegt, die ihrerseits einen zweiten Feldeffekttransistor 7^ ansteuert. Der Feldeffekttransistor 7^ wird über ein vorgegebenes Zeitintervall angesteuert, das durch den monostabilen Multivibrator 72 bestimmt wird.

Die elektrische Einrichtung enthält eine Speichervorrichtung für

j einen Spannungspegel in Form eines Kondensators 75* der von irgend-j einer herkömmlichen Art und von irgendeiner Auslegung sein kann

I und dessen eine Ausgangs klemme mit 76 bezeichnet ist. Der Kondensa-J

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tor 73 besitzt die Eigenschaft eines hohen Innenwiderstandes und

■ eines niedrigen dielektrischen Absorptionskoeffizienten, so daß er dadurch ein Ausgangssignal von optimaler Qualität sicherstellt. Die Art und Weise in der ein derartiges Signal erzeugt wird, wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Der positive Teil des verstärkten analogen Signals vom Meßkopf 24 wird über die Leitung 28 einem Verstärker zugeführt, der vorzugsweise ein Operationsverstärker 8o ist.

Der Operationsverstärker 80 wirkt mit dem Kondensator 75 zusammen, um die Bildung eines Ausgangssignals über den Anschluß 26 von optimaler Qualität sicherzustellen.

Der Operationsverstärker 8o besitzt eine Ausgangsklemme 81, und es ist ersichtlich, daß der Feldeffekttransistor 74 zwischen die Ausgangsklemme 81 und dem Ausgangsanschluß 76 des Kondensators 75 geschaltet ist, und daß dem Feldeffekttransistor 74 eine Diode

ΐ 82 zugeordnet ist, die nur eine negative Aufladung zuläßt, d.h.

eine Entladung des Kondensators 75. Der Feldeffekttransistor 71

ist zwischen die Ausgangsklemme 81 und dem Ausgangsanschluß "J6 I
. geschaltet und weist eine zugeordnete Diode 85 auf, die lediglich

eine positive Aufladung des Kondensators zuläßt.

Der Verstärker 80 ist mit einer Rückkopplung versehen, die zwei Sätze Dioden aufweist, von denen ein Satz aus zwei Dioden 84 und 85 besteht, und der andere Satz aus Dioden 86 und 87 besteht. Die zwei Diodensätze sind parallel angeordnet, und die

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einzelnen Dioden 84 und 8j liegen in Reihe, wobei die Dioden und 8-7 ebenfalls in Reihe liegen. Die Dioden 84 bis 87 sind ■ mit der Ausgangsklemme 8l und mit der Eingangsklemme 90 des Operationsverstärkers 80 verbunden.

'■ Sind beide Feldeffekttransistoren 7I und 74 angesteuert, dann wird der Kondensator 75 entweder positiv oder negativ auf

• einen Wert des Eingangssignals aufgeladen, das über die Leitung 28 der Eingangsklemme 91 des Verstärkers 80 zugeführt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Feldeffekttransistoren 7I und

¹ Λ

, gleichzeitig in Betrieb sind, wo^bei der Transistor 74 nur für ~

; ein vorgegebenes Anfangs-Zeitintervall angesteuert wird, das

• durch den Multivibrator 72 bestimmt ist. wahrend dieser vorgegebenen Anfangsperiode, in der der Transistor 74 angesteuert wird, wird der Kondensator 75 entweder positiv oder negativ geladen (abhängig von. seinem ursprünglichen Potential) so daß das Energieniveau an seinem Ausgangsanschluß J6 gleich ist dem Niveau des Signals auf der Leitung 78. Sobald das Energieniveau : an dem Ausgangsanschluß 76 sich dem Energieniveau des Signals

auf der Leitung 78 nähert, kann die Schaltungsanordnung als am , in seinen Anfangs-Spannungszustand gebracht angesehen werden.

Zur weiteren Erläuterung, wie die Schaltungsanordnung wirkt, um : den Anfangs-Spannungszustand herzustellen, wird angenommen, daß das Eingangssignal auf der Leitung 78 positiver ist als die im Kondensator 75 gespeicherte Spannung. Dann ist die positive Klemme 21 des Verstärkers 80 ebenfalls im wesentlichen auf der gleichen Spannung wie das Eingangssignal auf der Leitung 28.

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Zusätzlich ist der Ausgangeanechluß f6 mit der negativen Klemme des Verstärkers 8O verbunden, um eine Vergleichsschaltung für den Vergleich des Kondensatorpotentials mit der Eingangsspannung auf der Leitung 28 zu bilden.. Die vier Dioden 84 bis 87 stellen eine negative Rückkopplung für den Verstärker 80 her, und der normale Betrieb eines Verstärkers 8O mit einer derartigen negativen Rückkopplung ist derart, daß die Spannungsdifferenz zwischen seiner positiven und negativen Klemme gegen Null geht, wodurch das Ausgangssignal des Verstärkers 80 auf der Leitung 8l auf wenige Volt innerhalb der Eingangsspannung auf der Leitung 28 begrenzt wird. Während dieser Periode wird der Kondensator 75 auf einen mehr positiven Wert aufgeladen, wodurch das Energieniveau am Punkt 76 gleich wird dem Energieniveau des Eingangssignals auf der Leitung 28. Ist umgekehrt das Energieniveau auf der Leitung 28 weniger positiv oder geringer* als der gespeicherte Wert im Kondensator 75, dann wird dieser negativ aufgeladen während des vorgegebenen Zeitintervalls,wodurch das Energieniveau am Punkt gleich wird dem Energieniveau des Signals am Punkt 90, und der Verstärker 80 wirket derart, daß die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten 90 und 9I zu Null w±d, wodurch der Pegel des Signals am Punkt oder an der Anschlußstelle "j6 gleich wird dem Pegel auf der Leitung 28.

Es ist daher ersichtlich, daß das Ausgangssignal vom Verstärker positiv ist, wenn das Eingangssignal auf der Leitung 28 größer ist als die gespeicherte Spannung im Kondensator 75, und negativ ist, wenn das Eingangssignal auf der Leitung 28 kleiner ist als die gespeicherte Spannung im Kondensator 75·

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Nach_jiem an dem Ausgangsansohluß 76 eine stabilisierte Anfangsspannung erreicht ist, und nachdem das kurze vorgegebene Zeitintervall geendet hat, wird der Kondensator wegen der Diode 83 nur noch weiter positiv aufgeladen, und zwar über eine Periode, die solang ist, wie der Feldeffekttransistor 71 angesteuert wird. Unter keiner Bedingung kann der Kondensator welter negativ aufgeladen werden. Ist der Transistor 71 nicht mehr angesteuert, kann nichts passieren, das den Kondensator 75 nachteilig beeinflußt. Und ist gleichfalls das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 80 negativ und kleiner als der Wert am Kondensator 75, wird dieser nicht beeinträchtigt. Im Ergebnis wirken der Verstärker 80, der Feldeffekttransistor 71 und die Diode 83 so zusammen, daß der Kond sator 75 auf das am meisten positive Eingangssignal oder Eingangswert aufgeladen wird, das während der Zeit auftritt, in der der Transistor angesteuert ist.

Wenn daher die Steuervorrichtung 354 den schwenkbaren Kontaktarm des Schalters 66 zum offenen Stift 67 bewegt, wird der Feldeffekttransistor 71 nicht mehr weiter angesteuert und eine weitere Aufladung des Kondensators 75 ist nicht möglich, worauf der Konden sator 75 den am meisten positiven Eingangswert oder den- Endwert j

speichert, der während der Zeit erfaßt wurde, in der der Transi- j

stör angesteuert war. !

Der obere Teil der Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, arbeitet in gleicher Weise wie der untere Teil und verarbeitet nur die negativen Ausschläge des Signals von der stabilisierten Anfangsspannung. Der obere Teil verwendet im

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wesentlichen gleiche Schaltungsteile wie der untere Teil, und diese Teile werden mit den gleichen Bezugszeichen wie beim unteren Teil gemäß Pig. 3 bezeichnet, die lediglich das zusätzliche Bezugszeichen A erhalten.

Der Hauptunterschied zwischen dem oberen Teil der Schaltungsanordnung nach Pig. 3 und dem unteren Teil besteht darin, daß während der Bildung der Anfangsspannung der Feldeffekttransistor 74 A eher eine positive Aufladung des Kondensators 75 A zuläßt als eine negative Aufladung wie im Fall des Transistors 74 während des vorgegebenen kurzen Zeitintervalls, der durch den monostabilen Multivibrator 72 A bestimmt ist. Auf die Bildung der Anfangsspannung folgend läßt der Feldeffekttransistor 71 A eine unbegrenzte negative Aufladung zu und nicht eine unbegrenzte positive Aufladung, wie das durch den Transistor 71 geschieht. Sobald daher der Transistor 74 A über den monostabilen Multivibrator 72 A nicht mehr angesteuert ist, bewirkt jede weitere Ladefunktion bezüglich des Kondensators 75 A lediglich ein negatives Aufladen des Kondensators 75 A über den Transistor 71 A, wodurch der Kondensator 75 A das am meisten negative ermittelte Eingangssignal speichert.

Aus den obigen Erläuterungen wird deutlich, daß der obere Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 den am meisten negativen Endwert des verstärkten negativen Signals vom Meßkopf 24 auf der Leitung 28 erfaßt und im Kondensator 77 A speichert, und daß der untere Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 den am meisten positiven Endwert des verstärkten positiven Signals vom

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Meßkopf 2k auf der Leitung 28 erfaßt und im Kondensator 75 speichert. In jedem Fall ist unabhängig, ob nur ein negatives Signal oder nur ein positives Signal verwendet wird, die zusammen-f wirkende Anordnung der Schaltungsteile derart, daß ein verwendbares Präzisions-Ausgangssignal mit großer Geschwindigkeit und im wesentlichen ohne einen Abklingvorgang gebildet wird.

Die Kondensatoren 75 und 75 A bilden an ihren Ausgangsanschlüssen J6 und 76 A Ausgangssignale großer Genauigkeit, und in manchen Anwendungsfällen kann es erwünscht sein, diese Signale als sogenannte Zwischensignale zu verwenden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Qualität des Ausgangssignals sowohl am Punkt 76 als auch am Punkt 76 A in einer Weise verbessert werden kann, wie nachfolgend nur in Verbindung mit positiven Signalen, wie sie auf der Leitung 78 anstehen, und in Verbindung mit dem unteren Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. > beschrieben werden soll. Im oberen Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. J5 werden im wesentlichen identische Schaltungsteile verwendet, und wie weiter oben werden auch diese Schaltungsteile mit identischen Bezugszeichen versehen, wobei die Bezugszeichen für die Schaltungsteile des oberen Teils mit dem Buchstaben A versehen werden.

Wie zu ersehen, ist ein weiterer Operationsverstärker 93 vorgesehen, und seine positive Eingangsklemme ist mit dem Ausgangsanschluß 76 verbunden. Der Operationsverstärker 9J5 besitzt eine Rückkopplungsle·¹ tung 94 von seiner negativen Eingangs klemme zur Eingangsklemme 90 des Operationsverstärkers 80. Der Verstärker 33 besitzt. „MrieJiphe^ingangs impedanz j die eine Entladung -I6-

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des Kondensators 75 verhindert, und der Verstärker 93 wird dazu verwendet, um das Energieniveau des Ausgangssignals an dem Äusgangsanschluß 76 anzuheben, wobei die Genauigkeit dieses Signals im wesentlichen beibehalten wird. Das endgültige positive Präzisions -Ausgangs signal erscheint auf der Leitung 61, die vom Operationsverstärker 93 wegführt und wird dem Differenzverstärker 63 zugeführt.

Der obere Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 besitzt einen }

Operationsverstärker 93 A mit einer Rückkopplungsleitung 9^ A i zur Eingangsklemme 90 A des Operationsverstärkers 80 A, und die Punktion des Verstärkers 93 A und seine Charakteristiken sind ähnlich denen des Verstärkers 93. Das Ausgangssignal vom Verstärker 93 A wird über die Leitung 62, wie bereits vorher erwähnt, dem Differenzverstärker 63 zugeführt, um ein Signal in diesem Differenzverstärker zu bilden, das auf der Leitung j52 erscheint und das als Variationssignal bezeichnet worden ist, oder das die Differenz zwischen der am meisten positiven Spitze und der am meisten negativen Spitze wiedergibt. Das Variationssignal kann in irgendeiner geeigneten Weise verwendet werden, und in diesem Beispiel wird es in einer Weise verwendet, wie es in Verbindung mit Fig. 2 der Zeichnungen beschrieben wurde.

Jeder der Kondensatoren 75 und 75 A ist mit geeignten Schutzbändern 95 bzw. 95 A um seinen zugeordneten Ausgangs ans chluß 76 bzw, 76 A herum versehen. Jedes Schutzband ist mit der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers (93 oder 93 A) verbunden und bewirkt eine Aufrechterhaltung des Potentials im Bereich des

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Ausgangsanschluß des Kondensators auf den gleichen Pegel wie der Ausgangsanschluß selbst. Das Sohutzband verhindert somit einen Leckstrom vom Kondensator zu benachbarten Schaltungsteilen und Spannungsniveaus.

Es ist ersichtlich, daß das Schutzband vom Ausgangssighal des zugeordneten Verstärkers 93 bzw. 93 A in Spannungsfolgeranordnung angesteuert wird und die gespeicherte Spannung des entsprechenden Kondensators 75 bzw, 75 A überwacht. Das Schutzband verringert sehr das Ausmaß an Sorgfältigkeit, die beim Zusammenbau der Schaltungsteile geübt werden muß, wie etwa dem Zusammenbau von Schaltungsteilen in einer gedruckten Schaltung beispielsweise, und ermöglicht, daß die Steuervorrichtung 30 lediglich mit der üblichen, routinemäßigen Sorgfalt und Vorsicht während der Herstellung behandelt zu werden braucht, obwohl ein Präzisions-Ausgangssignal gewährleistet wird.

Die bemerkenswerte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch eine überragende Leistung aus dadurch, daß sie keinen Vorlade-Zyklus erfordert, und besitzt eine ursprüngliche Ansprechzeit von in der Größenordnung von 3 Millisekunden. Ferner ist die Initiationszeit, das heißt., die Zeit die erforder- ! lieh ist, um den Ausgangsanschluß jedes Kondensators auf das Niveau des zugehörigen Eingangssignals zu bringen, ganz gleich, ob es positiv oder negativ ist, . in der Größenordnung von 5 Millisekunden.

In manchen Anwendungsfällen der Erfindung mag es nicht erwünscht -18-

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sein, Mittel sowohl für die Erfassung und Speicherung einer negativen Spitze als auch einer positiven spitze vorzusehen, weil ein Detektor für eine positive oder eine negative Spitze aus- ; reicht. Um diese Tatsache zu erhellen, wird die in Pig. 2 darge- i

stellte Durchmesser-Klassifiziervorrichtung 65 betrachtet, die ;

lediglich ein negatives Signal verwendet, das über die Leitung i 64-zugeführt wird und es ist nicht erforderlich, die übrige

Schaltung bei diesem Anwendungsfall vorzusehen, der lediglich die '

Klassifizierung von Mindest durchmessem betrifft. i

Bei diesem Beispiel der Erfindung sind die verschiedenen Energiequellen für die Schaltungsteile der elektrischen Schaltung gemäß Fig. 3> nicht dargestellt. Es leuchtet Jedoch ein, daß geeignete Energiequellen, sowie es gefordert ist, vorgesehen sein können, und zwar in einer Art und V/eise, wie es an sich bekannt ist.

Die elektrische Schaltungsanordnung ist in Verbindung mit einer Meßvorrichtung 20 erläutert worden, die Dimensionsmessungen vornimmt. Es ist jedoch einzusehen, daß eine solche Meßvorrichtung nicht notwendigerweise eine Vorrichtung zu sein braucht, die nur Dimensionsmessungen vornimmt, sondern es kann auch eine Vorrichtung sein, die irgendwelche gewünschten Charakteristiken eines Gegenstandes bestimmt. Selbst wenn ferner der Meßkopf 24 einen Tastfühler 25 aufweist, der in Eingriff tritt mit dem Werkstück oder der Bremstrommel 22, ist selbstverständlich, daß

ein Meßkopf verwendet werden kann, der einen berührungslosen J

Fühler verwendet, der ein Meßsignal in Abhängigkeit von seiner Annäherung an das zugeordnete Werkstück oder ähnliches abgibt.

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Die verbesserte elektrische Schaltungsanordnung der Erfindung kann auch in anderen Maschinenarten verwendet werden und sie ist nicht notwendigerweise auf Meßvorrichtungen oder Meßmaschinen beschränkt. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung dazu verwendet werden, Werkzeugmaschinen aller Arten zu steuern, Montagemaschinen oder Maschinen zum Aufbringen von Schichten auf ein zugeordnetes Werkstück usw.

Wenn^gleich die vorliegende beispielhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, ist einzusehen, daß die Erfindung auch in anderer Weise unterschiedlich ausgebildet und verwendet werden kann im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche^

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Claims

2.!v;te

Dr. Ing. H. Γ; ^ Dipl. ing. j-;, j ._; Dipl. Phys. VV. ilz i MUndran ί 5, Mosarfcfr. 23

Tel. 5300586 P 21 o4 289.7

The Bendix Corporation 14. Juni 1971

Anwaltsakte M-1472

Patentansprüche

l.JElektrische Schaltungsanordnung zur Speicherung eines positiven und eines negativen Endwertes von analogen Eingangs- j

Signalen zur Erzeugung eines elektrischen Präzisions-Ausgangs-: signals aufgrund der Differenz zwischen den beiden Endwerten, gekennzeichnet durch eine Speichervorrichtung (75, 75A) zur Speicherung eines Spannungspegels, einen Ausgangsanschluß (76, 76A), an dem das Ausgangssignal erscheint, einen Verstärker (8o, 81A), auf den das Eingangssignal geschaltet wird und der eine Ausgangsklemme (81, 81A) aufweist, eine zwischen Ausgangsklemme (81A) und Ausgangsanschluß (76A) geschaltete erste Vorrichtung (71A, 74A), die die Speichervorrichtung (75A) negativ auflädt, eine zweite zwischen Ausgangsklemme (81) und Ausgangsanschluß (76) geschaltete Vorrichtung (71, 74), die die Speichervorrichtung (75) nur positiv auflädt, wobei eine der Vorrichtungen nur über ein vorgegebenes Zeit- j

Intervall betätigt wird und die andere Vorrichtung über ein j

im wesentlichen unbegrenztes Zeitintervall betätigt wird, wo- ' bei die Vorrichtungen während des vorgegebenen Zeitintervalls mit dem Verstärker zusammenwirken und bewirken, daß der Span-

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nungspegel an dem Ausgangsanschluß (76, 76A) in seiner Größe gleich ist dem Spannungspegel des Eingangssignals, um eine • Anfangsspannung festzulegen, und wobei die andere Vorrichtung mit dem Verstärker zusammenwirkt, um den Spannungspegel am Ausgangsanschluß lediglich in einer Richtung von der Ausgangsspannung aus direkt proportional zum Eingangssignal zu verändern und dadurch mit großer Geschwindigkeit und im wesentlichen ohne einen Abklingvorgang das Präzisions-Ausgangssignal zu bilden.

2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Operationsverstärker und eine veränderliche Verstärkungs-Rückkopplungsvorrichtung aufweist, die zwischen seiner Ausgangs- und seiner Eingangsklemme geschaltet ist.

3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsvorrichtung zwei Diodensätze aufweist,die parallel geschaltet sind, und daß jader Satz mehrere in Reihe geschaltete Dioden (8·+ bis 8 7) aufweist.

4. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung zur Speicherung ehes Spannungspegels einen Kondensator (75, 75A) enthält, der einen hohen Innenwiderstand und einen geringen dielektrischen Verlustfaktor aufweist.

5. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 Us U, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein weiterer Ver-

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stärker (93, 93A) vorgesehen ist, der mit dem Ausgangsanschluß (76, 76A) verbunden ist, daß der weitere Verstärker (93, 93A) eine hohe Eingangsimpedanz aufweist, die eine Entladung der Speichervorrichtung zur Speicherung eines Spannungspegels verhindert, und daß der andere Verstärker das Energieniveau des Ausgangssignals erhöht, während der Präzisionscharakter des Ausgangssignals im wesentlichen beibehalten wird.

6. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Vorrichtungen einen Feldeffekttransistor (71, 74, 71A, 74A) enthält.

7. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Diode (83, 82, 8 3A, 82A) vorgesehen ist, die mit der anderen Ladevorrichtung und dem AusgangsanSchluß (76, 76A) verbunden ist, um sicherzustellen, daß der Spannungspegel sich nur in einer Richtung ändert.

8. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzband (95, 9 5A) vorgesehen ist, das den Ausgangsanschluß (76, 76A) umgibt, und daß Mittel vorgesehen sind, um das Schutzband auf demselben Potential wie den Ausgangsanschluß (76, 76A) zu halten, um dadurch einen Leckstrom von der Speichervorrichtung zu einem Punkt mit einem anderen Potential auszuschalten.

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9. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode (82, 82A) vorgesehen ist, die zwischen die andere Ladevorrichtung (74, 74A) und dem Ausgangsanschluß (76. 76A) geschaltet ist, um sicherzustellen, daJB der Spannungspegel nur in einer Richtung geändert wird, daß ein weiterer Verstärker (93, 93A) mit dem Ausgangsanschluß (76, 76A) verbunden ist, der eine hohe Eingangsimpedanz aufweist, die eine Entladung der Speichervorrichtung für einen Spannungspegel verhindert, daß ein Schutzband (95, 95A) den Ausgangsanschluß (76, 76A) umgibt, der mit dem weiteren Verstärker (93, 93A) verbunden ist, um das Schutzband auf dem gleichen Potential wie den Ausgangsanschluß (76, 76A) zu halten, um dadurch einen Leckstrom von der Speichervorrichtung (75, 75A) zu einem Punkt mit abweichendem Potential zu verhindern, und daß der weitere Verstärker (93, 9 3A) ein End-Ausgangssignal von optimaler Qualität bildet.

Io. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verstärker (93, 93A) eine Rückkopplung (9t, 9^A) aufweist, die mit dem Eingang des ersten Verstärkers (8o, 8oA) verbunden ist.

11. Elektrische Schaltungsanordnung insbesondere nach einem der Ansprüche l-lo, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßkopf vorgesehen ist, der ein Meßsignal in Abhängigkeit von der Eigenschaft eines Gegenstandes abgibt, daß dem Verstärker (8o, 8oA) das Meßsignal zugeführt wird, daß die Vorrichtungen, die mit dem Verstärker über ein vorgegebenes Zeitintervall zusammenwirkt, bewirkt, daß der Spannungspegel am Ausgangsanschluß

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(76, 76A) in seiner Größe gleich wird dem Spannungspegel des Meßsignals, um den Anfangs-Spannungszustand festzulegen, j daß die andere mit dem Verstärker zusammenwirkende Vorrich- j

I tung den Spannungspegel am Ausgangsanschluß nur in einer ;

Richtung(ausgehend von dem Anfangszustand, ändert, und zwar ■

direkt proportional zum Meßsignal, wodurch das Präzisionsund Ausgangssignal mit hoher Geschwindigkeit/im wesentlichen '

ohne Abklingvorgang erzeugt wird.

12. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (8o, 8oA) eine veränderliche Verstärkungsrückkopplung aufweist, die zwischen der Ausgangsklemme (81, 81A) und der Eingangsklemme (9o, 9oA) geschaltet ist.

13. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung zur Speicherung eines Spannungspegels einen Kondensator (75, 75A) enthält, der einen hohen Innenwiderstand und einen niedrigen dielektrischen Absorptionskoeffizienten aufweist, daß die

einen

Meßvorrichtung ferner/mit dem AtBgangs an Schluß (76, 76A) verbundenen Verstärker (93, 9 3A) aufweist, daß der weitere Verstärker (93, 93A) eine hohe Eingangsimpedanz aufweist, die eine Entladung des Kondensators (75, 75A) verhindert, und daß der weitere Verstärker (93, 9 3A) das Energieniveau des Ausgangssignals erhöht, während er den Genauigkeitscharakter des Signals im wesentlichen aufrechterhalt.

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is

14. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Vorrichtung einen Feldeffekttransistor (71, 74, 71A, 74A) aufweisen.

15. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Diode (82, 82A) vorgesehen ist, die zwischen der anderen Ladevorrichtung

(74, 74A) und dem Ausgangsanschluß (76, 76A) geschaltet ist, ^l·

die und die sicherstellt, daß der Spannungspegel nur in/eine Richtung verändert wird, daß ein weiterer Verstärker (93,9 3A) äk mit dem Ausgangsanschluß (76, 76A) verbunden ist, daß der weitere Verstärker eine hohe Eingangsimpedanz aufweist, die ein Entladen der Speichervorrichtung zur Speicherung eines j

Spannungspegels verhindert, daß ein Schutzband (95, 95A) den ^! Ausgangsanschluß (76, 76A) umgibt, und mit dem weiteren -Verstärker (93, 93A) verbunden ist, um das Schutzband auf dem gleichen Potential wie den Ausgangsanschluß zu halten, j um dadurch einen Leckstrom von der Speichervorrichtung zu einem Punkt mit einem anderen Potential zu verhindern, und ^ daß der weitere Verstärker (93, 93A) ein End-Ausgangssignal von optimaler Qualität bildet.

16. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verstärker (93, 9 3A) eine Rückkopplung (94, 94A) aufweist, die mit dem Eingang (9o, 9oAV des ersten Verstärkers (8o, 8oA) verbunden ist.

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17. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß einer ersten Speichervorrichtung lediglich positive Eingangssignale zugeführt werden und die einen ersten Ausgangsanschluß aufweist, der ein intermediäres positives Signal bildet, daß einer zweiten Speichervorrichtung nur negative Eingangssignale zugeführt werden und die einen zweiten Ausgangsanschluß aufweist, der ein intermediäres negatives Signal erzeugt, daß ein erster Verstärker der ersten Speichervorrichtung zugeordnet ist und dem positive Signale zugeführt werden und der eine erste Ausgangsklemme aufweist, daß ein zweiter Verstärker der zweiten Speichervorrichtung zugeordnet ist, dem negative Eingangssignale zugeführt werden und der eine zweite Ausgangsklemme aufweist, daß zwei positive Lade vorrichtungen vorgesehen sind, die jede zwischen der Ausgangsklemme und dem Ausgangsanschluß jedes zugeordneten Verstärkers und zugeordneter Speichervorrichtung geschaltet sind, die jede nur eine positive Aufladung der Speichervorrichtung zulassen, daß zwei negative Ladeνorriehtungeη vorgesehen sind, die jede zwischen der Ausgangsklemme und dem Ausgangsanschluß jedes zugeordneten Verstärkers und zugeordneter Speichervorrichtung geschaltet sind und die nur eine negative Aufladung der Speichervorrichtung zulassen, daß die negative Ladevorrichtung der positiven Speichervorrichtung zugeordnet ist, daß die positive Speichervorrichtung der negativen Ladevorrichtung zugeordnet ist, wobei jede nur über ein vorgegebenes, verhältnismäßig kurzes Zeitintervall betätigt wird, um zu bewirken, daß die Ladevorrichtungen, die mit der zugeordneten Speichervorrichtung und dem Verstärker zusammenwirken, den Spannungspegel I

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der zugeordneten Ausgangsanschlüsse zu ändern, damit sie in ihrer Größe gleich werden dem Spannungspegel der zugeordneten Eingangssignale, um zu jedem Zeitpunkt einen Anfangs- : Spannungszustand zu bilden, daß die positive Ladevorrichtung,; die der positiven Speichervorrichtung zugeordnet ist und die ; negative Ladevorrichtung, die der negativen Speichervorrichtung zugeordnet ist, jede mit dem zugeordneten Verstärket» zusammenwirken, um auf das vorgegebene Zeitintervall folgend dem Spannungspe,gel am Aus gangs ans chluß der zugeordneten Speichervorrichtung zu ändern, und zwar, um ihn größer zu machen, während das Vorzeichen unverändert bleibt und dadurch ein zugehöriges intermediäres Signal mit großer Geschwindigkeit und großer Genauigkeit zu bilden, daß Mittel zur Erhöhung des Spannungsniveaus der intermediären Signale vorgesehen sind, die zugleich die Genauigkeit der Signale im wesentliche^ beibehalten, um positive und negative Signale höherer Energie zu erzeugen, und daß Mittel vorgesehen sind, um eine Differenz zwischen den positiven und negativen Signalen hoher Energie zu bilden, um ein Präzisions-Differenz-Ausgangssignal zu erzeugen.

18. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Speichervorrichtung zur Speicherung einesS^annungspegels einen Kondensator (75, 75A) aufweist, der einen hohen Innenwiderstand besitzt und einen kleinen dielektrischen Absorptionskoeffizienten, und daß der erste und zweite Verstärker Operationsverstärker enthalten, von denen jeder eine veränderliche Verstärkungsrückkopplung aufweist, die zwischen der Ausgangsklemme und der Eingangsklemme geschaltet sind.

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