DE2515094C3 - Programmgeber für Steuer- und Regelzwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Programmgeber für Steuer- oder Regelzwecke zur Erzeugung eines Ausgangssignals nach einer vorgegebenen Funktion der Zeit, bei welchem eine kontrastbildende Programmspur auf einem in einer Vorschubrichtung vorwärtsbewegten Programmstreifen mittels eines quer zu der Vorschubrichtung beweglichen photoelektrischen Tastkopfes abgetastet, der Tastkopf durch einen Gleichstrommotor der Programmspur nachgeführt und ein von der Lage des Tastkopfes abhängiges Ausgangssignal erzeugt wird, wobei der Gleichstrommotor von Steuersignalen im Sinne einer Nachführung des Tastkopfes nach der Programmspur beaufschlagt ist und die Steuersignale von einer durch die Abtastsignale des Tastkopfes gesteuerten Motorsteuerschaltung geliefert werden.

Ein solcher Programmgeber ist bekannt (FR-PS 37 059). Bei dem bekannten Programmgeber ist der Programmstreifen über Rollen geführt, von denen eine

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Abszisse verdreht und dreht sich beispielsweise mit konstanter Geschwindigkeit Ein photoelektrischer Tastkopf ist parallel zur Achse der Rollen über dem Programmstreifen geradgeführt und von einem Gleichstrommotor mit rotierendem Läufer als Stellmotor über einen mechanischen Trieb verstellbar. Der Stellmotor ist von den Ausgangssignalen des Tastkopfes im Sinne einer Nachführung des Tastkopfes nach der Kurve gesteuert Mit der Welle des Stellmotors ist ein

ίο Ausgangspotentiometer gekuppelt das ein von der Stellung des Tastkopfes abhängiges Ausgangssignal liefert

Die photoelektrische Abtastung einer solchen Kurve oder Programmspur bringt in der Praxis recht erhebliche Probleme mit sich: Die Programmspur ist im Vergleich zur Breite des Programmstreifens und damit zum Stellbereich des Tastkopfes außerordentlich schmal. Der Regelvr>rgang, durch welchen der Tastkopf auf der Programmspur gehalten wird, findet daher in einem sehr kleinen Wegbereich statt Wenn dieser Wegbereich überschritten wird, »verliert« der Tastkopf die Programmspur. Ein solches Überschreiten des Wegbereiqhes, in dem die Regelung funktioniert, kann z. B. durch Hysterese oder »Hängenbleiben« des Stellmotors infolge ruhender Reibung oder durch Überschwingen infolge der Trägheit von Tastkopf und Stellmotor eintreten. Um einen Verlust der Programmspur aus diesen Gründen zu vermeiden, sollte daher der Stellmotor mit hohen Drehmomenten arbeiten und eine relativ langsame Stellbewegung ausführen.

Andererseits kann sich die Programmspur ziemlich schnell seitlich verlagern, wenn der Funktionsverlauf eine starke Steigung zeigt. In diesem Fall muß der Tastkopf in der Lage sein, dieser seitlichen Verlagerung schnell zu folgen, so daß die Programmspur nicht aus dem durch den Tastkopf jeweils erfaßten Wegbereich herauslaufen kann. Das sind Forderungen, die sich wiedersprechen.

Bei dem bekannten Programmgeber wird die Bewegung des umlaufenden Stellmotors untersetzt. Damit wird die an dem Tastkopf wirksame Stellkraft vergrößert und die Stellgeschwindigkeit herabgesetzt. Eine Hysterese des Stellmotors, die beispielsweise durch die Reibung des mit dem Stellmotor gekuppelten Ausgangspotentiometers hervorgerufen wird, wird nur multipliziert mit dem Untersetzungsverhältnis am Tastkopf wirksam, und das gleiche gilt für ein

Überschießen des Stellmotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Programmgeber der eingangs definierten Art zu schaffen, welcher in der Lage ist, ohne Verlust der

Programmspur auch schnellen Änderungen der Lage der Programmspur zu folgen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(a) der Gleichstrommotor ein sich quer zur Vorschubrichtung erstreckender Linearmotor ist mit einem zylindrischen Kern und einer Magnetleiste, die mit dem Kern einen radialen Luftspalt bildet, sowie einer als Läufer auf dem Kern geführten Spule, auf welche die Steuersignale aufschaltbar sind,

(b) der Tastkopf unmittelbar mit dieser Spule mechanisch fest verbunden ist und

(c) die Steuersignale einander abwechselnde Pulse entgegengesetzter Polarität sind, deren Pulsbreitenverhältnis von der Lage des Tastkopfes zu der Proprammsmir ahhänpt.

In Patentanspruch 1 wird nur Schutz für dessen Merkmale in ihrer Gesamtheit begehrt

Gleichstromlinearmotore entsprechend dem Merkmal (a) des Anspruchs 1 sind bei schreibenden Aufzeichnungsgeräten zum Antrieb des Schreibkopfes bekannt Der Schreibkopf ist dort auch im Sinne des Merkmals (b) des Anspruchs 1 unmitteioar mit der Spule des Motors mechanisch fest verbunden (US-PS 25 81 133).

Es hat sich gezeigt, daß mit einem solchen Gleichstromlinearmotor die vorstehend geschilderten regelungstechnischen Verhältnisse beherrschbar sind, wobei eine gegenüber dem bekannten Programmgeber um eine Größenordnung erhöhte Stellgeschwindigkeit des Stellmotors oiine Verlust der Programmspur erzielt werden kann.

Bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Gleichsiromlinearmotors werden Reibungskräfte, die z. B. durch den Schleifer eines das Ai'sgangssignal liefernden Ausgangspotentiometers erzeugt werden, unmittelbar am Läufer des Gleichstromlinearmotors wirksam. Es findet also keine Untersetzung der durch die Reibungskräfte hervorgerufenen »Hysterese« statt. Dafür fallen aber Reibungskräfte weg, die durch das Untersetzungsgetriebe und die Umsetzung der Drehbewegung des Stellmotors in eine geradlinie Bewegung auftreten.

Ebenso wird ein Überschwingen des Läufers ohne Untersetzung der Bewegung unmittelbar am Tastkopf wirksam. Im Gegensatz zu einem umlaufenden Stellmotor hat der hier verwendete Gleichstromlinearmotor jedoch als Läufer nur eine leichte Spule, so daß die Trägheit des Läufers und damit dessen Neigung zum Überschwingen vermindert wird.

Insgesamt hat sich in der Praxis für diesen Gleichstromlinearmotor ein günstigeres regelungstechnisches Verhalten ergeben.

Durch die ständigen kleinen Schwingbewegungen wird das Auftreten ruhender Reibung vermieden und die reibungsbedingte Hysterese erheblich vermindert.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der dicht über der Programmspur angeordnete Tastkopf als Lichtsender eine auf den Programmstreifen gerichtete Lumineszenzdiode und einen daneben angeordneten auf das reflektierte Licht ansprechenden Photoempfänger enthält. Ein solcher Tastkopf ist sehr einfach aufgebaut und enthält, im Gegensatz zu einem bekannten, zur schnellen Abtastung einer Programmspur vorgesehenen Tastkopf (ATM Blatt J 082-16 (September 1969) Seite 212 Bild 3) keine Linsensysteme, und keine umlaufende Blende mit Antriebsmotor. Dafür kann er leichter und damit trägheitsärmer ausgebildet werden, so daß er trotz des einfachen Aufbaus in Verbindung mit dem beschriebenen Gleichstromlinearmotor als Stellmotor sich auf den Programmstreifen einregeln läßt. Das gleiche gilt gegenüber dem Tastkopf gemäß der FR-PS 10 37 059.

Als weitere Maßnahme zur Veihinderung eines Überschwingens des Tastkopfes kann zusammen mit den Abtastsignalen des Tastkopfes das differenzierte Signal eines mit dem Tastkopf verbundenen Weggebers auf den Eingang eines die Steuersignale liefernden Pulsbreitenmodulators geschaltet sein.

Die Erfindung ist nachstehend einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine schematiseh-perspektivische Darstellung eines erfindun?spemäßen Proerammeebers.

Fig.2 zeigt den photoelektrischen Tastkopf von unten in Fig. 1 gesehen und veranschaulicht dessen Wirkungsweise,

F i g. 3 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemä-Ben Programmgebers.

Mit 10 ist ein Gerätegehäuse bezeichnet welches zwei Seitenwände 12 und 14 aufweist Die Seitenwände 12 und 14 weisen in der unteren Hälfte einen vom vorderen Rand nach hinten sich erstreckenden Ausschnitt 16 auf. In diese Ausschnitte ist eine Kassette 18 einschiebbar. Zwischen den Seitenwänden 12 und J4 erstreckt sich ein Gleichstromlinearmotor 20. Der Gleichstromlinearmotor 20 enthält einen zylindrischen Kern 22 und eine Magnetleiste 24, wobei sich ein radiales Magnetfeld in dem Luftspalt zwischen dem Kern 22 und der Magnetleiste 24 ausbildet Auf dem Kern 22 sitzt als Läufer des Linearmotors eine Spule 26. Mit der Spule 26 ist ein photoelektrischer Tastkopf 28 mechanisch fest verbunden. Parallel zu dem Gleichstromlinearmotor erstreckt sich ein Weggeber 30 in Gestalt eines Potentiometers. Der Tastkopf 28 ist auf einem sich parallel zu dem Kern 22 erstreckenden Stab 32 geradgeführt.

Die Kassette 18 enthält zwei Seitenwände 48, die in die Ausnehmungen 16 der Seitenwände 12 und 14 des Gerätegehäuses einschiebbar und komplementär zu diesen geformt sind. Zwischen den vorderen Teilen der Seitenwände 48 sind Rollen 50, 52 gelagert, von denen die Rolle 52 nach Einschieben der Kassette 18 in das Gerätegehäuse 10 mit der Antriebswelle eines Getriebes 40 über (nicht dargestellte) Antriebsmittel gekuppelt ist. Um die Rollen 50, 52 ist ein als Endlosband ausgebildetes Programmband 54 herumgelegt. Das Programmband 54 wird durch herausnehmbare Gegendruckrollen 56, die nach dem Herumlegen des Programmbandes um die Rollen 50, 52 eingesetzt werden, um die Rollen herum straff gehalten, so daß eine einwandfreie Lage des Programmbandes 54 in diesem Bereich gewährleistet ist. Die hinter den Gegendruckrollen 56 gebildete Schleife des Programmbandes 54, die je nach den Erfordernissen verschiedene Längen haben kann, wird lose in den hinteren Teil der Kassette 18 aufgenommen. Unter dem photoelektrischen Tastkopf 28 liegt bei eingeschobener Kassette ein straff gespannter Teil des Programmbandes.

Auf den Programmstreifen ist eine kontrastbildende Programmspur 60 mit Tusche aufgezeichnet, die den gewünschten zeitlichen Verlauf einer Meßgröße wiedergibt. Der Tastkopf 28 folgt in noch zu beschreibender Weise dem Verlauf der Programmspur durch seitliche Bewegungen längs der Stange 32, wenn der Programmstreifen 54 in der durch den Pfeil 62 angedeuteten Vorschubrichtung beweg' wird. Dabei gleitet ein mit dem Tastkopf 28 verbundener Schleifer 64 auf dem als Weggeber 30 dienenden Potentiometer, und es wird an dem Schleifer 64 ein von der Stellung des Tastkopfes 28 und so von dem Verlauf der Programmspur abhängiges Signal abgegriffen.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, besteht der Tastkopf aus einer Lumineszenzdiode 68 in Form einer GaAs-Diode als Lichtsender und einem Phototransistor als Photoempfänger 70. Beide sind dicht über der Oberfläche des Programmstreifens 54 angeordnet. Die Lumineszenzdiode 68 erzeugt einen hellen Fleck auf der Oberfläche des Programmstreifens 54, und das reflektierte Licht wird von dem Photoempfänger 70 empfangen. Wenn der Tastkopf 28 in der in F i g. 2 dargestellten Weise zur Hälfte über der dunklen

Programmspur 60 und zur Hälfte über dem hellen Untergrund steht, erhält der Photoempfänger 70 einen mittleren Lichtstrom. Wandert der Tastkopf 28 nach links in F i g. 2 aus, so wird der Lichtstrom größer, wandert der Tastkopf nach rechts, wird der Lichtstrom vermindert.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, wird die Lumineszenzdiode (GaAs-Diode) 68 von einer Quelle 72 mit einer Wechselspannung hoher Frequenz gespeist und liefert dementsprechend Wechsellicht. Der Photoempfänger 70 liefert ein entsprechendes Wechselstromsignal hoher Frequenz, dessen Amplitude vom Lichtstrom abhängt. Das Ausgangssignal des Photoempfängers 70 wird über ein Hochpaßfilter 74 geleitet, welches die von Gleichlicht oder Netzfrequenz herrührenden Komponenten unterdrückt, aber die Frequenz der Quelle 72 durchläßt. Das so erhaltene Wechselstromsignal wird mittels eines Gleichrichters 76 gleichgerichtet. Das durch die Gleichrichtung erhaltene Gleichstromsignal steuert einen Pulsbreitenmodulator 78. Dieser Pulsbreitenmodulator 78 ist so eingerichtet, daß er bei dem oben erwähnten mittleren Lichtstrom, wenn der Tastkopf halb auf der dunklen Programmspur und halb auf dem hellen Untergrund steht, Pulse entgegengesetzter Polarität mit einem Pulsbreitenverhältnis von 1 :1 liefert. Wird der Lichtstrom geringer, so werden die Pulse, welche den Tastkopf 28 nach links in F i g. 2 zu bewegen trachten, breiter im Verhältnis zu denen, die den Tastkopf 28 nach rechts in F i g. 2 zu bewegen suchen. Wird der Lichtstrom größer, überwiegen dagegen die Pulse welche den Tastkopf nach rechts zu bewegen trachten. Ist der Tastkopf 28 vollständig neben der Programmspur, dann ergibt sich am Ausgang des Pulsbreitenmodulators 78 vorzugsweise ein Dauerstrichsignal in einem den Tastkopf 28 nach rechts bewegenden Sinne. Die Ausgangssignale des Pulsbreitenmodulators 78 werden über einen Verstärker 80 auf den Gleichstromlinearmotor 20 geschaltet, der den Tastkopf 28 entsprechend bewegt. Der Tastkopf 28 führt somit eine ständige kleine Schwingbewegung aus, wodurch ruhende Reibung vermieden und ein schnelles und ruckfreies Nachführen des Tastkopfes 28 gewährleistet ist.

Mit dem Tastkopf 28 ist der Schleifer 64 auf dem als Weggeber 30 dienenden Potentiometer beweglich, an dem ein stellungsproportionales Signal abgegriffen wird. Dieses Signal Hefen über einen Verstärker 82 ein Ausgangssignal an einem Ausgang 84 vorzugsweise in Form eines eingeprägten Stromes.

Das Ausgangssignal des Weggebers 30 wird außerdem über ein Differenzierglied 88 differenziert auf den Eingang des Pulsbreitenmodulators 78 geschaltet und dort dem Gleichstromsignal des Gleichrichters 76 überlagert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Programmgeber für Steuer- oder Regelzwecke zur Erzeugung eines Ausgangssignals nach einer vorgegebenen Funktion der Zeit bei welchem eine kontrastbildende Programmspur auf einem in Vorschubrichtung vorwärtsbewegten Programmstreifen mittels eines quer zur Vorschubrichtung beweglichen photoelektrischen Tastkopfes abgetastet, der Tastkopf durch einen Gleichstrommotor der Programmspur nachgeführt und ein von der Lage des Tastkopfes abhängiges Ausgangssignal erzeugt wird, wobei der Gleichstrommotor von Steuersignalen im Sinne einer Nachführung des Tastkopfes nach der Programmspur beaufschlagt ist und die Steuersignale von einer durch die Abtastsignale des Tastkopfes gesteuerten Motorsteuerschaltung geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, daS

(a) der Gleichstrommotor ein sich quer zur Vorschubrichtung erstreckender Linearmotor (20) ist mit einem zylindrischen Kern (22) und einer Magnetleiste (24), die mit dem Kern einen radialen Luftspalt bildet, sowie einer als Läufer auf dem Kern geführten Spule (26), auf welche die Steuersignale aufschaltbar sind,

(b) der Tastkopf (28) unmittelbar mit dieser Spule (26) mechanisch fest verbunden ist und

(c) die Steuersignale einander abwechselnde Pulse entgegengesetzter Polarität sind, deren Pulsbreitenverhältnis von der Lage des Tastkopfes (28) zu der Programmspur (60) abhängt.

2. Programmgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dicht über der Programmspur angeordnete Tastkopf (28) als Lichtsender (68) eine auf den Programmstreifen gerichtete Lumineszenzdiode und einen daneben angeordneten, auf das reflektierte Licht ansprechenden Photoempfänger (70) enthält.

3. Programmgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit den Abtastsignalen des Tastkopfes (28) das differenzierte Signal eines mit dem Tastkopf (28) verbundenen Weggebers (30) auf den Eingang eines die Steuersignale liefernden Pulsbreitenmodulators (78) geschaltet ist.