DE2346091C3

DE2346091C3 - Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer beleuchteten Strichskala

Info

Publication number: DE2346091C3
Application number: DE2346091A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 4035 Breitscheid Schulz-Methke
Original assignee: Espera Werke GmbH
Current assignee: Espera Werke GmbH
Priority date: 1973-09-13
Filing date: 1973-09-13
Publication date: 1979-12-13
Also published as: JPS5316294B2; FR2244221A1; JPS5057461A; IT1020460B; DE2346091A1; DE2346091B2; US3962563A; NL7412220A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer beleuchteten Strichskala mit drei um V₃ eines Teilungsintervalls zueinander versetzt angeordneten, mit einem Diskriminator verbundenen Fotozellen, bei der der Diskriminator die sich bei einer Bewegung der Strichskala ergebenden elektrischen Ausgangssignale der Fotozellen in Zähl- und Richtungsimpulse umwandelt, welche über die beiden Ausgänge des Diskriminators einem Vorwärts- und einem Rückwärtszähler zuführbar sind.

Vorrichtungen zur Durchführung von inkrementalen Meßverfahren zur Bestimmung der Lageänderung beweglicher Teile werden zur Positionierung von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen, in besonderem Maße aber auch bei Neigungswaagen verwendet, bei denen die Lageänderung einer Strichskala direkt dem aufliegenden Gewicht proportional ist. Durch inkremental Messung der Lage der Strichskala erhält man eine dem Warengewicht verhältmsglejche Anzahl von Impulsen, die mittels Impulszählern und an sie angeschlossene Anzeigeeinheiten eine ziffernmäßige Anzeige des Gewichtswertes ermöglichen oder zur Meßwertverarbeitung elektronischen Rechnern zugeführt werden, um mit ihrer Hilfe z, B, den Warenpreis auszurechnen.

Wegen des erheblichen wirtschaftlichen Wertes derartiger Messungen zur Bestimmung der Leistung im Handelverkehr ist zusätzlich zu fordern, Vorsorge zu treffen, daß das Meßergebnis nicht durch systematische Fehler verfälscht wird, die durch den Ausfall eines der zum Aufbau der Meßanordnung verwendeten elektronischen Bauteile entstehen können.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs geschilderten Art (vergleiche AT-PS 248 717) kommen mehrere Fotozellen zur Verwendung, um bei gegebener Strichteilung durch analoge oder logische Verknüpfungen höhere Auflösungen zu erreichen. Diese bekannte Vorrichtung vermag jedoch keine Funktionsfehler zu erkennen bzw. anzuzeigen.

Zur Absicherung gegen Fehler, die durch teilweisen oder vollständigen Ausfall eines Bauteiles bestehen, sind verschiedene Maßnahmen bekanntgeworden.

Ein Fehlerkontrollverfahren ist in der DE-OS 2 020 393 angegeben, bei dem vermittels zweier in bestimmter Weise zueinander justierter Fotozellen richtungsgekennzeichnete Zählimpulse erzeugt werden und eine Kontrolle des Phasenwinkels und/oder der Amplitude ausgeführt wird, die bei Abweichung der Abtastsignale, die von den Fotozellen geliefert werden, von den Sollwerten der Phasenlage und/oder der Amplitude ein Fehlersignal auslöst.

Dabei ist es nachteilig, daß eine sehr genau Justage der Fotozellen erfolgen muß und daß überdies bei der Kontrolle aus dem Soll-Ist-Vergleich der Amplitudenhöhe Änderungen der Lampenhelligkeit oder geringfügige Verschmutzung bereis zum Fehlersignal führen. Ferner ist die Kontrollschaltung im zweiten Falle eine vom eigentlichen Diskriminator getrennte Schaltung, deren Ausfall nicht überwacht wird.

Ein weiteres Verfahren (siehe DE-OS 2 130 217) besteht darin, daß an einer definierten Stelle der sich bewegenden Skala eine dritte Fotozelle einen Impuls abgibt, der die Zählung als unrichtig markiert, wenn sie in diesem Augenblick nicht mit dem zur betreffenden Stelle zugehörigen übereinstimmt. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß im gesamten Bewegungsbereich der Skala nur eine Kontrollstelle vorhanden ist, alle anderen Stellen jedoch unkontrolliert bleiben.

Bei einer vergleichbaren, in der DD-PS 63 180 beschriebenen Anordnung, bei der zwei Fotoempfänger auf einen Richtungsdiskriminator geschaltet sind, findet ebenfalls eine Funktionskontrolle statt, die jedoch nicht über den ganzen Bewegungsweg der Skala erfolgt, sondern nur an bestimmten Stellen des Bewegungsweges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur inkrementalen Skalenabtastung zu schaffen, die es mit geringem technischem Aufwand unter Verwendung von bekannten Bauteilen, wie Flip-Flops, Gattern usw. gestattet, die Skalenabtastung über den ganzen Bewegungsweg der Skala in der Weise vorzunehmen, daß auf defekte Bauteile oder andere Störungen zurückgehende Funktionsfeh-

ler erkannt bzw, angezeigt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator aus zwei zueinander negiert angesteuerten, aus Flip-Flops aufgebauten Zwischenspeichern derart besteht, daß diese Zwischenspeicher zusammen mit Gatterschaltungen Zählimpulse liefern, die bei fehlerfreier Funktion an den beiden Ausgängen des Diskriminators abwechselnd auftreten, während bei fehlerhafter Funktion mindestens zwei Impulse nacheinander am gleichen Ausgang auftreten, ohne daß inzwischen am anderen Ausgang ein Impuls aufgetreten ist, daß der eine Zähler über ein Gatter direkt, der andere Zähler über eine Auswahlschaltung an die Ausgänge des Diskriminators angeschlossen ist, und daß die aus einem Flip-Flop und Gattern bestehende Auswahlschaltung denjenigen Zählimpuls sperrt, der als zweiter Impuls am gleichen Ausgang des Diskriminators auftritt, ohne daß ihm ein Impuls am anderen Ausgang unmittelbar vorausgegangen ist. Dabei treten an den beiden Zählern bei fehlerfreier Funktion gleiche Ergebnisse, bei fehlerhafter Funktion voneinander abweichende Ergebnisse auf.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zwangsläufig eine Fehlfunktion angezeigt, wenn in einem bestimmten Zeitintervall von einem Ausgang der Diskriminatorschaltung zwei, vom anderen Ausgang keine Impulse abgegeben werden. Der Kontrollbereich erstreckt sich demnach über den ganzen Bewegungsweg der Strichskala.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß an die Ausgänge des Diskriminators sowie an den Flip-Flop der Auswahlschaltung eine aus Gattern aufgebaute Kontrollschaltung angeschlossen ist, und daß die Gatter einen Flip-Flop umschalten, wenn an einem Ausgang des Diskriminators nacheinander zwei Impulse auftreten, ohne daß am anderen Ausgang zwischenzeitlich ein Impuls aufgetreten ist. Wenn der fehlerhafte Zustand eingetreten ist, liefert der Ausgang des Flip-Flop ein Dauersignal.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau der Abtastvorrichtung,

Fig. 2 die Blende,

Fig. 3 ein Impulsdiagramm,

Fig. 4 den Diskriminator,

Fig. 5 ein Impulsdiagramm und

Fig. 6 eine Fehlersignalschaltung.

In der Fig. 1 beleuchtet die Lampe 1 über den Kondensator 2 die Strichskala, deren Teilungsabstand s ist. Die Strichskala 3 wird über das Objektiv 4 auf die Blende 5 projiziert. Das von der Blende 5 hindurchgelassene Licht wird über den Kondensor 6 auf drei übereinander angeordnete Fotozellen 7, 8 und 9 geworfen, die mi) einem Diskriminator 10 verbunden sind. Der Diskriminator 10 liefert die Impulse für die beiden Vorwärts/Rückwärtszähler 11 und 12.

Die Blende 5 ist in der Fig. 2 ausführlich dargestellt. Sie enthält drei Reihen von lichtdurchlässigen öffnungen 13e-*c, 14a-c, lSa-c. Die lichtdurchlässigen öffnungen jeder Reihe sind gegenüber denen ei= ner anderen Reihe um jeweils ein Drittel von s' versetzt, wobei s' das Teilungsintervall der projizierten Skala 3 in der Ebene der Blende 5 ist. Das Bild der projizierten Skala in der Ebene der Blende 5 ist in der Fig. 2 mit 16 bezeichnet.

Wird die Skala 3 bewegt, so gelangen durch die lichtdurchlässigen öffnungen der Blends S abwechselnd Licht oder kein Licht. In Abhängigkeit von der Bewegung der Skala 3 sind die Helligkeitsverhältnisse hinter der Blende 5 in der Fig, 3 durch die Kurven ϊ 17e, 18«, 19« graphisch dargestellt.

Hinter der Blende 5 befinden sich die drei Fotozellen 7,8,9, die von dem von der Blende 5 hindurchgelassenen Licht in der Weise beleuchtet werden, daß Fotozelle 7 das von den öffnungen 13e-c, die Foto-

m zelle 8 das von den öffnungen 14o-c und die Fotozelle 9 das von den öffnungen lSa-c hindurchgelassene Licht empfangen.

Die Fotozellen wandeln das auf sie fallende Licht in äquivalente elektrische Zustände um, die im be-" > leuchteten Fall mit L, im unbeleuchteten mit O bezeichnet werden. Im gleichen Takte, wie sich die Helligkeit hinter der Blende 5 beim Bewegen der Skala 3 ändert, verhalten sich auch die Ausgänge der Fotozellen. Dieser Zusammenhang ist in der Fig. 3 in der

-¹'¹ Form der dreizeiligen Tabelle dargestellt, wobei die Zeile 17 den Ausgang der Fotozelle 7, Zeile 18 den der Fotozelle 8 und 19 den der Fotozelle 9 wiedergibt.

Wie ersichtlich, wiederholen sich die Zustände nach

jeweils sechs Stufen, wenn die Skala 3 in einer Rich-

?> tung bewegt wird. Die Bewegung der Skala um ein Teilungsintervall ist in sechs Stufen aufgelöst.

Aufgabe des Diskriminators, dargestellt in Fig. 4, ist es nun, aus den Zuständen am Ausgang der Fotozellen 7, 8, 9 elektrische Impulse und Richtungssi-

iii gnale derart abzuleiten, daß durch die richtungsabhängige Zählung in einem Vorwärts/Rückwärtszähler der Inhalt des Zählers gleich der Anzahl der Schritte ist, um die sich die Skala aus einer Nullage heraus bewegt hat.

;-' Hierzu sind die drei Fotozellen 7, 8, 9 über drei, der Impulsformung dienende Trigger 20, 21, 22, einerseits direkt, andererseits über die Negationen 23, 24, 25 sowohl mit Vorbereitungseingängen wie auch Takteingängen der JK-Flip-Flops 26-37 verbunden.

ir Für Flip-Flop 26 ist in der Diskriminatorschaltung gemäß Fig. 4 beispielhaft der Takteingang mit 26a, der Vorbereitungseingang mit 26b bezeichnet.

Die Verbindung erfolgt dabei so, daß jeder mögliche Schritt von Stufe zu Stufe in Richtung der Zeilen

·. 17, 18, 19, vorwärts und rückwärts, was insgesamt zwölf Möglichkeiten ergibt, einen der zwölf Flip-Flops 26-37 umschaltet. So schaltet z. B. der Schritt von 0 nach 1:

17	L	O
18	L	L
19	O	O

Schritt

der. Fiip-Flop 26 um.

Die Ansgänge der Flip-Flops 26-37 worden in vier Gruppen durch die Gatterschaltungen (Nraiid-Ciiiiter'i 38-41 zusammengefaßt, deren Ausgange mit va. tu. vb und rb bezeichnet sind.

Für diese Zusammenfassung bestehen zwei Kriterien: Das Kriterium der Bewegungsrichtung und das der erreichten Stufe. In die Gruppe des mit να bezeichneten Ausganges gehören alle Flip-Flops 26-28. die umschalten, wenn eine ungeradzahlig beziffert·; Stufe in Richtung größerer Ziffern in Fig. 3 erreicht wird. In die Gruppe des mit vb bezeichneten Ausganges gehören alle Flip-Flops 32-34, die umschalten, wenn eine geradzahlig bezifferte Stufe in Richtung

größerer Ziffern, in die Gruppe des mit ta bezeichneten Ausganges gehören alle Flip-Flops 29-31, die umschalten, wenn eine ungeradzahlig bezifferte Stufe in Richtung kleinerer Ziffern, und in die Gruppe des mit rb bezeichneten Ausganges gehören alle Flip-Flops 35-37, die umschalten, wenn eine geradzahlig bezifferte Stufe in Richtung kleinerer Ziffern erreicht wird. Wird beispielsweise die Skala um sieben Schritte in Richtung größerer Ziffern der Stufen bewegt und wieder zurück, so ergibt sich folgende Tabelle, für die Schritt für Schritt betroffenen Flip-Flops 26-37 und Ausgänge να, vb, ra, rb:

Tabelle
Stufe Abtastung Flip-Flop Ausgang Impulse

LLO OLO OLL OO L LOL LOO LLO OLO LLO LOO LOL OO L OLL OLO LLO

26
33
27
34
28
32
26
35
30
37
29
36
31
35

va vb va vb va vb va rb ra rb ra rb ra rb

ν α v'b' va' v'b' v' a'

r'b'

Die Ausgänge να, vb, ra, rb werden durch die Gatterschaltungen (Nand-Gatter) 42-49 wiederum zusammengefaßt zu vier Leitungen v, r, a, b. Sie schalten um:

v: wenn ein Schritt in Richtung größerer Stufenziffern ausgeführt wird (»vorwärts«).
r: wenn ein Schritt in Richtung kleinerer Stufenziffern ausgeführt wird (»rückwärts")
wenn eine ungeradzahlig bezifferte Stufe erreicht

wird,
wird.

ι ui:_ L„,:««,»„ c»..fn

Das Umschalten einer der Gatterschaltungen 42 oder 44 bewirkt zunächst, daß über die Leitung α und das Nand-Gatter 55, die Negation 57, der der Kondensator 56 zur Flankenverzögerung vorgeschaltet ist. der betreffenden Flip-Flop 26-31 über die Leitung 58 zurückgeschaltet wird, womit auch die Leitung α wieder in die Ausgangssituation zurückkehrt. Es entsteht durch einen Schritt zu einer ungeradzahlig bezifferten Stufe ein Impuls auf der Leitung a, dessen Breite durch die Größe des Kondensators 56 bemessen wird.

Gleichermaßen bewirkt ein Umschalten einer der Gatterschaltungen oder 48 die Rückstellung des betreffenden Flip-Flops 32—37 über Gatter 68 und Negation 70 mit Kondensator 69 über die Leitung 71. Es entsteht auf der Leibung b ein Impuls, dessen Breite durch die Größe des Kondensators 69 bemessen wird.

Zugleich entstehen Impulse auf den Leitungen ν bzw. r, abhängig davon, ob der betreffende Schritt in Richtung größerer oder kleinerer Stufenbezifferung ausgeführt wurde. Bezeichnet man die Impulse sinngemäß mit a\ b'.. v'. r , so entstehen sie bei einer Bewegung der Skala so. wie in der Tabelle letzte Spalte

eingetragen.

Für die Durchführung der Kontrolle über die fehlerfreie Abtastung ist von Bedeutung, daß die Impulse a! und b' stets abwechselnd auftreten, und zwar auch nach einem Richtungswechsel. Treten hingegen Fehler in der Abtastung oder dem Umschalten dei Flip-Flops 26-37 und der Gatterschaltungen bzw Gatter 38-41, 42, 44, 46, 48, 55, 57, 68, 70 auf, st tritt entweder der Impuls a' oder der Impuls b' zweimal hintereinander auf, ohne daß der andere dazwischen kommt.

Als Beispiel mögen drei Fälle eines Fehlers dienen Eine Stufe wird übersprungen:

Abtastung Flip-Flop Imp.

0	/. LO	_	_
1	O L O	26	a'
3	OO L	27	a'

Eine Fotozelle ist defekt, dauernd im Zustand 0:

Abtastung Flip-Flop Imp.

OLO OLO OOO

27/30

Rückstellung des Flip-Flops 26 ist defekt:
Stufe Abtastung Flip-Flop Imp.

0	L LO		a'
1	OLO	26	b'
2	O L L	33	—
3	OO L	27	b'
4	L O L	34

Die wechselnde Folge von a' und b' ist unterbro chen, spätestens sobald auf einen fehlerhaften Schrit ein weiterer folgt.

Die weitere Ausbildung der Schaltung gemäl Fi". Ί zielt dzr^'jf ab d:° j^^·" v«\ruiärtc/RiirL· wärtszähler 11 und 12 so zu betreiben, daß sie be fehlerhafter Arbeitsweise und damit wechselnde Folge von ά und b' gleiche, bei einer Unterbrechuni der wechselnden Folge jedoch verschiedene Anzah von Zählimpulsen erhalten.

Hierzu erhält der Zähler 11 alle Impulse a um b', auch dann, wenn sie nicht abwechselnd kommen der Zähler 12 die Impulse a' und b' jedoch nur dann wenn sie abwechselnd kommen.

Die Impulse α', b' werden, für den Zähleingang 5; des Zählers 11 durch das Nand-Gatter 50 zusammen gefaßt und negiert durch die Negation 51, der ein dei Impuls verzögernder Kondensator 52 vorgeschalte ist, auf den Zähleingang 53 gelegt. Der Richtungsein gang 54 wird durch Zusammenfassen der Gatterschal tungen 43 und 46 gesteuert, und zwar zählt der Zähle 11 vorwärts, wenn eine der beiden Gatterschaltungei 43 und 46 einen Impuls v' liefert und rückwärts, wem hier kein Impuls auftritt. Der Kondensator 52 stell dabei sicher, daß die den Zählvorgang auslösend Flanke des Zählimpulses β'in die Zeit des v'-Impulse fällt, um bei Abtastschritten in Richtung größerer Stu fenziffer ein Vorwärtszählen des Zählers 11 sicher z> erreichen. Das Impulsdiagramm ist in Fig. 5 darge stellt.

Im Gegensatz hierzu ist vor den Zähleingang 65 des Zählers 12 eine Auswahllogik geschaltet, bestehend aus den Negationen 59 und 60 und der Auswahlschaltung 61-64, die ein Flip-Flop 61 und Gatter 62-64 umfaßt. Ein Impuls a' oder b' gelangt auf den Eingang 65 nur dann, wenn der Flip-Flop 61 in einer bescinmten Stellung steht, in der es entweder über das Gatter 62 den Impuls b' oder über das Gatter 63 den Impuls a' auf den Eingang 65 weiterleiten läßt. Ist am Eingang65ein Impulsaufgetreten,so wirdderFlip-Flopöl umgeschaltet und gibt damit das jeweils andere Gatter 62,63 frei, einen weiteren Zahlimpuls b 'oder a' zu übertragen. Folgen die Impulse a' und b' abwechselnd aufeinander, so findet der folgende Impuls den Flip-Flop 61 immer gerade so eingestellt, daß das zu ihm gehörende Gatter 62 oder 63 ihn auf den Zähleingang 65 gelangen läßt.

ι TCiCVt jCCiGCii 7.ViCi

r.püiSC 5

daß der jeweils andere dazwischenliegt, so ist beim zweiten Impuls der Flip-Flop 61 so umgeschaltet, daß das betreffende Gatter 62, 63 gesperrt ist. Damit erhält der Zähler 12 einen Impuls weniger als der Zähler 11, und es besteht zwischen den beiden Zählern eine Differenz.

Die Steuerung des Richtungseinganges 66 erfolgt durch die Impulse r', die verzögert durch den Kondensator 67 und die Negation 75 auf den Richtungseingang 66 gelangen.

Es entsteht auch dann eine Differenz zwischen den Zählern 11 und 12, wenn infolge eines Defektes der Gatterschaltungen 43 und 46 einerseits und 45, 49 und Negation 75 andererseits auf einen Zähler kein Richtungsimpuls gegeben wird; denn dann zählen beide Zähler nicht mehr in der gleichen Richtung.

Sollen die Zähler 11 und 12 komplementär zueinander zählen, so entfällt die Negation 75.

Das Auftreten einer Differenz kann in hier nicht dargestellter Weise durch nachgeschaltete Auswertanordnungen der Zählinhalte zur Fehlersignalisierung herangezogen werden.

Die gemeinsame Nullstellung aller Flip-Flops 26-37 und 61 erfolgt durch Schließen der Taste 72, mit deren Hilfe auch gleichzeitig die Zähler 11 und 12 über ihre Nullstelleingänge 73 und 74 auf Null gestellt werden.

So!! hingegen «irr Diskriminator selbst ein Fehlcrsignal abgeben, so ist die Schaltung um einen Zusatz zu erweitern, der in Fig. 6 dargestellt ist.

Die Impulse α'und //werden auf zwei weitere Gatter 76 und 77 gegeben, die gekreuzt an den Flip-Flop 61 angeschlossen sind. Am Ausgang des sie verbindenden Gatters 78 entsteht dann, wenn zwei Impulse a' oder b' aufeinander erfolgt sind, ein Impuls, der den Flip-Flop 79 umschaltet und am Ausgang 80 ein Dauersignal liefert, wenn der fehlerhafte Zustand einmal aufgetreten ist.

Hierzu Λ Blatt /.cichmiimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer beleuchteten Strichskala mit drei um V₃ eines Teilungsintervalls zueinander versetzt angeordneten, mit einem Diskriminator verbundenen Fotozellen, bei der der Diskriminator die sich bei einer Bewegung der Strichskala ergebenden elektrischen Ausgangssignale der Fotozellen in Zähl- und Richtungsimpulse umwandelt, welche über die beiden Ausgänge des Diskriminators einem Vorwärts- und einem Rückwärtszähler zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator (10) aus zwei zueinander negiert angesteuerten, aus Flip-Flops (26 bis 37) aufgebauten Zwischenspeichern derart besteht, daß diese Zwischenspeicher zusammen mit Gatterschaltungen (38 bis 49) Zählimpulse liefern, die bei fehlerfreier Funktion an den beiden Ausgängen (α und b) des Diskriminators (10) abwechselnd auftreten, während bei fehlerhafter Funktion mindestens zwei Impulse nacheinander am gleichen Ausgang auftreten, ohne daß inzwischen am anderen Ausgang ein Impuls aufgetreten ist, daß der eine Zähler

(11) über ein Gatter (50) direkt, der andere Zähler

(12) über eine Auswahlschaltung (61 bis 64) an die Ausgänge (α und b) des Diskriminators (10) angeschlossen ist, und daß die aus einem Flip-Flop (61) und Gattern (62 bis 64) bestehende Auswahlschaltung denjenigen Zählimpuls sperrt, der als zweiter Impuls am gleichen Ausgang (a oder b) des Diskriminators (10) auftritt, ohne daß ihm ein Impuls am anderen Ausgang unmittelbar vorausgegangen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgänge (a und b) des Diskriminators (10) sowie an den Flip-Flop (61) der Auswahlschaltung eine aus Gattern (76 bis 78) aufgebaute Kontrollschaltung angeschlossen ist, und daß die Gatter (76 bis 78) einen Flip-Flop (79) umschalten, wenn an einem Ausgang des Diskriminators (10) nacheinander zwei Impulse auftreten, ohne daß am anderen Ausgang zwischenzeitlich ein Impuls aufgetreten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zähler (11, 12) zueinander komplementär zählen.