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Technischer
Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein System zur Erfassung linearer Abmessungen eines Werkstücks, mit
einer Prüfsonde
mit Erfassungsvorrichtungen, einer mit der Prüfsonde verbundenen Leistungsversorgung,
einer entfernt liegenden, einstöckig mit
der Sonde ausgebildeten Sender/Empfängereinheit, die mit den Erfassungsvorrichtungen
und mit der Leistungsversorgung verbunden ist und drahtlos Signale
senden kann, die den Zustand der Sonde anzeigen, und einer stationären Sender/Empfängereinheit, die
drahtlos Aktivierungssignale zu der weiter oben genannten entfernt
liegenden Einheit senden kann, wobei die entfernt liegende Sender/Empfängereinheit
Empfangsvorrichtungen, welche die drahtlos gesendeten Signale empfangen
können,
einen Verarbeitungsabschnitt, der mit den Empfangsvorrichtungen
und mit der Leistungsversorgung verbunden ist und ein Freigabesignal
erzeugen kann, eine mit dem Verarbeitungsabschnitt und mit der Leistungsversorgung
verbundene Schalteinheit und weitere Abschnitte mit Erzeugungs-
und Sendeschaltungen umfaßt,
die mit der Schalteinheit verbunden sind, wobei die Schalteinheit
das Freigabesignal empfangen und entsprechend diesem Signal die
Leistungsversorgung von mindestens einigen der weiteren Abschnitte
steuern kann.
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Stand der Technik
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Es gibt bekannte Meßsysteme,
wie beispielsweise Systeme in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen,
zum Erfassen der Position und/oder der Abmessungen von darauf bearbeiteten Werkstücken durch
eine in der Maschine angebrachte Kontakterfassungssonde, die sich
im Laufe eines Prüfzyklus
in bezug auf das Werkstück
verschiebt, die zu prüfenden
Flächen
berührt
und auf Kontakt anspricht, indem sie Signale drahtlos an eine Empfängereinheit
sendet, die gewöhnlich
in einem bestimmten Abstand von der Sonde angeordnet ist. Die Empfängereinheit
wiederum ist mit Hilfe einer Schnittstellenvorrichtung mit der numerischen
Steuerungseinheit ver banden, die durch Verarbeitung von anderen die
räumliche
Position der Sonde anzeigenden Signalen Informationen über die
Position der Werkstückflächen liefert.
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Die Kontakterfassungssonde kann elektrische
Batterien zur Leistungsversorgung von Kontakterfassungsschaltungen
und der drahtlosen Sendevorrichtungen umfassen. Das drahtlose Senden
kann beispielsweise durch Aussenden von elektromagnetischen Signalen
optischer Art oder einer Funkfrequenz stattfinden. Da die Sonde
nur über
kurze Zeiträume
während
des Bearbeitungszyklus der Werkzeugmaschine genutzt wird, werden
die zugeordneten Erfassungsschaltungen und Sendevorrichtungen normalerweise
in einem "Bereitschafts"-Zustand mit geringem
Leistungsverbrauch gehalten und nur dann zugeschaltet, wenn die
Notwendigkeit besteht, einen Prüfzyklus
auszuführen.
Das Umschalten vom "Bereitschafts"-Zustand in den vollständig "zugeschalteten" Zustand kann durch
Steuerung von geeigneten Schaltvorrichtungen an der Sonde mit Hilfe
von Aktivierungssignalen erfolgen, die durch die Empfängereinheit
drahtlos gesendet werden. Wenn der Meßzyklus endet, gehen die Sondenschaltungen
in den "Bereitschafts"-Zustand mit geringem
Leistungs-verbrauch zurück,
indem sie entweder drahtlos ein geeignetes Entaktivierungssignal
senden, oder als Alternative nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums.
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In US-A-4 779 319 wird ein Meßsystem
mit diesen Eigenschaften offenbart, und insbesondere wird darin
eine Prüfsonde
mit Schaltungen zum Senden von optischen Signalen im Infrarotbereich
beschrieben. Zur Aktivierung der Sonde, mit anderen Worten zum Steuern
der vollständigen
Zuschaltung der Erfassungskreise der Sonde und der Sendevorrichtungen,
wird ein Infrarotstrahlungsblitz verwendet.
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Die Sondenschaltungen zum Empfangen des
optischen Aktivierungssignals und zum Steuern der Verbindung mit
den Batterien umfassen eine Empfängerdiode
und eine Spule, die unter anderem als Hochpaßfilter zur Verminderung der
negativen Wirkungen auf Grund des stationären Zustands und/oder von Niederfrequenzteilen
der Umgebungsbeleuchtung und zum Ausschließen von anschließenden Ver arbeitungen
durch Niederfrequenzimpulse dient, die beispielsweise von in der
Umgebung der Sonde befindlichen Leuchtstofflampen ausgesendet werden.
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Es kann jedoch vorkommen, daß die Leuchtstofflampen
oder andere Lichtquellen elektromagnetische Strahlungen mit Frequenzen
in dem gleichen Bereich wie die Aktivierungs- oder Entaktivierungssignale
(oder genauer gesagt, die zugeordneten Modulierungssignale) aussenden,
und daß diese
Strahlungen zur ungewollten Aktivierung von mindestens einigen von
den Sondenschaltungen und zu einem nutzlosen Verbrauch der Batterieversorgungsenergie oder
zur ungewollten Entaktivierung im Laufe eines Prüftaktes und zu vorstellbaren
negativen Folgen führen.
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Eine Leuchtstofflampe kann ungeeignete und
unvorhersehbare Strahlungen, selbst im Infrarotstrahlungsbereich,
aussenden, die sich abhängig
von der Art der Lampe, von der Umgebungstemperatur, von der Spannung
der Leistungsversorgung, vom Alter und den Wirkungsgradbedingungen
des der Lampe selbst verändern.
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Eine andere mögliche Methode zur optischen
Aktivierung (oder Entaktivierung) der Sonde sieht als Alternative
zu dem in dem Patent US-A-4 779 319 beschriebenen Impulssignal ein
Infrarotstrahlungssignal vor, das als Abfolge von Impulsen mit einer
vorgegebenen Frequenz (beispielsweise von etwa zehn KHz) moduliert
und über
einen festgelegten Zeitraum (beispielsweise einige Zehntelsekunden
lang) an die Empfängereinheit
gesendet wird. Die Sondenschaltungen umfassen einen Logikabschnitt,
der zugeschaltet wird, wenn ein Signal mit ausreichender Stärke erfaßt wird,
und der prüft,
ob das empfangene Signal die erforderliche Frequenz und Mindestdauer
(eine Anzahl von Impulsen, die weit kleiner als die tatsächlich gesendeten
ist) des Aktivierungs- (oder Entaktivierungs)-signals besitzt, und
das im positiven Fall zur Zuschaltung der anderen Sondenschaltungen
(oder die Rückkehr
in den Bereitschaftszustand) führt.
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Die Stärke der von den Leuchtstofflampen zufällig im
Frequenzbereich des Aktivierungssignals ausgesendeten Strahlungen
kann ausreichen, um die häufige
und unnötige
Zuschaltung der Sondenschaltungen und folglich den ungewollten Verbrauch der
Batterieenergie zu bewirken. Während
der Logikabschnitt in ungeeigneter Weise zugeschaltet wird, kann
es weiterhin vorkommen, daß eine
Leuchtstofflampe eine Abfolge von Impulsen sendet, deren Frequenz
und Dauer die gleichen wie diejenigen des Aktivierungssignals sind.
Ebenso kann es vorkommen, daß der
Logikabschnitt, während
die Sonde einen Prüfzyklus
ausführt,
eine Abfolge von Impulsen mit einer Frequenz und einer Dauer erfaßt, die
denjenigen des Entaktivierungssignals entsprechen, ohne daß das letztere
tatsächlich
von der Empfangseinheit gesendet wurde.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, die Schwierigkeiten hinsichtlich des Verbrauchs
der Batterieversorgungsenergie und der von Leuchtstofflampen oder
von anderen elektromagnetische Strahlung aussendenden Quellen in
der Umgebung der Sonde bewirkten unerwünschten Aktivierung oder Entaktivierung
der Sonde zu beseitigen.
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Diese sowie weitere Aufgaben werden
mit einem System erfüllt,
bei dem der Verarbeitungsabschnitt der entfernt liegenden Sender/Empfängereinheit
Dämpfungsvorrichtungen
mit mindestens einem Verzögerungsgenerator
umfaßt,
der die Erzeugung des Freigabesignals aktivieren kann, wenn sich
die Merkmale des drahtlos durch die Empfangsvorrichtungen empfangenen
Signals verändern,
und der die Erzeugung des Freigabesignals nach einer vorbestimmten
Verzögerungszeit
entsprechend den Merkmalen des Signals verhindern kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im folgenden ausführlich und
nur als nicht einschränkendes
Beispiel an Hand der beiliegenden Zeichnungsblätter beschrieben, in denen
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1 eine
schematische Ansicht einer Werkzeugmaschine ist, an der eine Prüfsonde zum Erfassen
linearer Abmessungen von mechanischen Werkstücken angebracht ist;
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2 ein
Schaltbild mit einigen Blöcken
einer bekannten Sender/Empfängereinheit
mit kodierten optischen Strahlungen ist;
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die 3 und 4 die Trends von einigen
der in der Sender/Empfängereinheit
gemäß 2 erzeugten Signale bei
Eintreffen eines Sondenaktivierungssignals oder eines Geräuschsignals
zeigt;
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5 ein
Schaltbild mit einigen Blöcken
einer Sender/Empfängereinheit
mit kodierten optischen Strahlungen gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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die 6, 7 und 8 die Trends von einigen der in der Sender/Empfängereinheit
gemäß 5 erzeugten Signale bei
Eintreffen eines Geräuschsignals,
eines Aktivierungssignals oder eines Entaktivierungssignals zeigt;
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9 ein
Schaltschema eines Teils der Sender/Empfängereinheit gemäß 5 gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist; und
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10 eine
schematische und Teilansicht einer Sender/Empfängereinheit mit kodierten optischen
Strahlungen gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Beste Art und Weise der
Ausführung
der Erfindung
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1 stellt
in vereinfachter Form ein System zur Erfassung linearer Abmessungen
eines Werkstücks 1 auf
einer Werkzeugmaschine, beispielsweise auf einem in der Zeichnung
mit der Bezugsziffer 2 bezeichneten Bearbeitungszentrum
dar, wo das Werkstück 1 bearbeitet
wird. Das System umfaßt eine
computergestützte
numerische Steuerung 3 zum Steuern des Betriebs der Werkzeugmaschine 2 und
eine Erfassungsvorrichtung mit einer Prüfsonde 4. Letztere,
beispielsweise eine Kontakterfassungssonde, weist einen mit Schlitten
der Werkzeugmaschine 2 verbundenen Halte- und Referenzabschnitt 5,
einen Fühler 6 und
einen Arm 7 auf, der den Fühler 6 trägt und in
Bezug auf den Halteabschnitt 5 bewegbar ist. Außerdem umfaßt die Sonde 4 Erfassungsvorrichtungen,
beispielsweise einen Mikroschalter 13, eine Leistungsversorgung
mit einer Batterie 12 und eine entfernt liegende Sen der/Empfängereinheit (8)
zum Senden von optischen Infrarotsignalen an eine in einem Abstand
von der Sonde 4 angeordnete stationäre Einheit 10 und
zum Empfangen von optischen Infrarotsignalen, die von dieser ankommen.
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Die stationäre Sender/Empfängereinheit 10 ist
durch ein Kabel 9 mit einer Schnittstelleneinheit 11 verbunden,
die wiederum mit der computergestützten numerischen Steuerung 3 verbunden
ist. Die stationäre
Sender/Empfängereinheit 10 weist
die Funktion auf, kodierte optische Signale zu der entfernt liegenden,
der Sonde 4 zugeordneten Sender/Empfängereinheit 8 zu senden,
um entsprechend dem Empfang einer von der numerischen Steuerung 3 durch die
Schnittstelleneinheit 11 gesendeten Anforderung die Sonde 4 zu
aktivieren und zu entaktivieren und von der entfernt liegenden Einheit 8 kodierte
Signale zu empfangen, die auch Informationen beispielsweise über die
räumliche
Position des Fühlers 6 in
Bezug auf den Halteabschnitt 5 oder den Grad der Ladung
der Batterie 12 der Sonde 4 umfassen. Die Begriffe
Aktivierung/Entaktivierung bedeuten das Umschalten der Leistungsversorgung
der Sonde 4 aus einem/in einen "Bereitschafts"-Zustand, in dem nur einige wenig verbrauchende
Abschnitte der entfernt liegenden Sender/Empfängereinheit 8 zugeschaltet sind,
in einen aus einem Zustand der "vollständigen" Zuschaltung der
Einheit 8.
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2 ist
ein Blockschaltbild, das einige Teile einer entfernt liegenden Sender/Empfängereinheit 8 einer
bekannten Art zeigt. Sie umfaßt
Empfangsvorrichtungen mit einer Photodiode PH, welche die von der
stationären
Einheit 10 gesendeten optischen Signale empfangen und ein
alternierendes Signal (beispielsweise einen Strom) erzeugen kann,
eine Verarbeitungseinheit E und weitere Abschnitte mit einer logischen
Verarbeitungseinheit (oder "Logik") L und mit Schaltungen
zum Erzeugen und Senden von optischen Signalen. Die letzteren Schaltungen
werden von dem mit dem Buchstaben T bezeichneten Block schematisch
in 2 gezeigt und werden
in einer bekannten Weise zustandegebracht, die bei der Erfindung
nicht von spezifischem Interesse ist.
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Die Verarbeitungseinheit E wiederum,
die mit der Batterie 12 verbunden ist und durch einen sehr niedrigen
Stromverbrauch gekennzeichnet ist, umfaßt einen Verstärker A1,
der mit der Photodiode PH zur Erzeugung eines Signalsm beispielsweise
eines periodischen Signals und insbesondere einer Wechselspannung
VA1, verbunden ist, und einen Komparator C1 zum Vergleichen der
Amplitude des Signals VA1 mit einem ersten Schwellwert VTH1 zum
Erzeugen eines Signals VC1, das aus einer Abfolge von Impulsen mit
einer Frequenz und einer Dauer besteht, die denjenigen des periodischen
Signals entsprechen, das die stationäre Einheit 10 an die
Photodiode PH sendet. Weiterhin umfaßt die Verarbeitungseinheit
E auch einen Filter F1, dessen Eingang mit dem Komparator C1 verbunden
ist und dessen Ausgang mit einem zweiten Komparator C2 verbunden
ist, wobei letzterer das von dem Filter F1 gelieferte Signal VF1
mit einem zweiten Schwellwert VTH2 vergleicht. Weiterhin umfaßt die entfernt
liegende Sender/Empfängereinheit 8 eine
Schaltung G1, die ein logisches ODER-Glied bildet, eine Schaltung
G2, die ein logisches UND-Glied bildet, und eine Schalteinheit A,
die mit der Batterie 12, der Logik L und den Schaltungen
T verbunden ist.
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Wenn die Photodiode PH ein von der
stationären
Sender/Empfängereinheit
10 eintreffendes optisches Signal empfängt, erzeugt sie ein Signal,
das von dem Verstärker
A1 (VA1 in 3) verstärkt wird und
von dem Komparator C1 mit dem Schwellwert VTH1 verglichen wird.
Wenn die Amplitude des Signals VA1 kleiner als der Schwellwert VTH1
ist, liegt das Ausgangssignal VC1 des Komparators C1 auf einem niedrigen
Logikpegel, während
dieser auf hohen Logikpegel umschaltet, wenn die Amplitude des Signals
VA1 größer als
der Schwellwert VTH1 ist. Das verarbeitete Signal VC1, das von dem
Komparator C1 geliefert wird und an den Eingang eines Tiefpaßfilters
F1 abgesetzt wird, ist eine Abfolge von Impulsen mit gleicher Frequenz
und gleicher Dauer (d.h. Anzahl von Impulsen) wie das an die Photodiode
PH gesendete Signal. Das Signal VF1 am Ausgang des Filters F1 wird
dann von dem Komparator C2 mit dem Schwellwert VTH2 verglichen.
Wenn das von dem Filter F1 ausgegebene Signal VF1 größer als
der Schwellwert VTH2 ist, schaltet das von dem Komparator C2 ausgegebene
Freigabesignal VC2 von einem niedrigen auf einen hohen Logikpegel
um und aktiviert (VG1) durch das logische ODER-Glied G1 die Schalteinheit
A zum Verbinden der Batterie 12 mit der Logik L, um letztere
mit der Leistungsversorgungsspannung VA zu versorgen.
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Das hohe Logikpegel des Signals VC2
aktiviert durch die mit Hilfe des logischen LTND-Glieds G2 ausgeführte Freigabevorrichtung
auch das Senden des verarbeiteten Signals VC1 zur Logik L zum Prüfen der
Frequenz und der Dauer des Signals VC1 und folglich des durch die
Photokathode PH empfangenen Signals. Wenn die erfaßte Frequenz
und Dauer (d.h. die Mindestanzahl von Impulsen) denjenigen des Aktivierungssignals
entsprechen, setzt die Logik L das Signal VL auf einen hohen Logikpegel
zum Steuern der Schalteinheit A zur Versorgung der Erzeugungs- und
Sendeschaltungen T mit Leistung und hält gleichzeitig die Logik L
durch das logische ODER-Glied G1 in Zuschaltung, selbst nachdem
das Aktivierungssignal geendet hat und das Signal VC2 auf niedrigen
Logikpegel umschaltet.
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Durch die Logik L wird das Signal
VL auf einen niedrigen Logikpegel zurückgebracht, wenn die Photodiode
PH ein Entaktivierungssignal empfängt, das die Logik L durch
Erkennung der Frequenz und der Dauer (der Mindestanzahl von Impulsen)
des entsprechenden Signals VC1 erkennt. Als Alternative kann das
Umschalten des Signals VL auf niedrigen Logikpegel gesteuert werden,
wenn die in einem Zeitgeber eingestellte Zeit, der in bekannter
Weise in der Logik L ausgeführt
ist und in den Figuren nicht gezeigt ist, abgelaufen ist. Wenn das
Signal VL auf niedrigen Logikpegel umschaltet, wird die Schalteinheit
A betätigt,
um die Leistungsversorgung der Schaltungen T und, wenn das empfangene
Signal nicht mehr vorhanden ist, der Logik L zu verhindern.
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3 zeigt
die Trends der oben genannten Signale, wenn sich die Schaltungen
der Sonde 4 im Bereitschaftszustand befinden und die Photodiode PH
ein von der stationären
Einheit 10 gesendetes Aktivierungssignal empfängt. Es
sollte erkennbar sein, daß der
Klarheit halber die Teilungseinheit der Zeitskala in den ersten
beiden Graphiken gemäß 3, welche die Signale VA1
und VC1 betreffen, annähernd
zwei Größenordnungen
kleiner als die Teilungseinheit der anderen Graphiken ist (beispielsweise
eine Millisekunde in den ersten beiden Graphiken im Vergleich zu
einer Zehntelsekunde in den anderen Graphiken). In diesem Zusammenhang
sollte erkannt werden, daß die
Dimensionierung des Filters F1 und insbesondere dessen zugeordnete
Zeitkonstante RC1 derart sind, daß das Signal VF1 den Schwellwert
VTH2 des Komparators C2 erst nach einer Abfolge von einigen Hunderten
von Impulsen des Signals VC1 erreicht und diesen überschreitet.
Praktisch sendet die stationäre
Sender/Empfängereinheit 10 ein
Aktivierungs- (oder Entaktivierungs-)signal mit einer sehr hohen
Anzahl von Impulsen (im Bereich von einigen Tausenden), und die
Logik L muß nur
eine begrenzte Abfolge derselben (normalerweise nur ein wenig mehr
als etwa zehn Impulse) erkennen. Aus dem gleichen Grunde weisen
die ersten zwei Graphiken gemäß 3, insbesondere die die
Signale VA1 und VC1 betreffenden, Unterbrechungen auf.
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Die Funktion des Filters F1 und des
Komparators C2 besteht darin, die Logik L nur dann zuzuschalten,
wenn der Mittelwert des von dem Komparator C1 ausgegebenen Signals
VC1 oder insbesondere dessen "Einschaltzyklus" (d.h. das Verhältnis zwischen
der Zeit innerhalb eines Zyklus, in der das Signal einen hohen Logikpegel
annimmt, und der Dauer des gesamten Zyklus) einen spezifischen Wert
in einem ziemlich langen Zeitraum übersteigt und dadurch überwacht,
daß die
Photodoode PH ein Signal empfangen hat, das die vorbestimmten Mindestwerte hinsichtlich
Stärke
und Dauer übersteigt.
Auf diese Weise kann ein unnötiger
Verbrauch der Batterieversorgungsenergie verhindert werden, wenn
impulsoptische Geräusche
oder Aktivierungssignale vorhanden sind, die zu schwach sind, um
von der Logik L richtig verarbeitet zu werden.
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Falls Leuchtstofflampen oder andere
Quellen elektromagnetischer Wellen in der Nähe der Sonde 4 zufällige und
unvorhersehbare Infrarotstrahlungen aussenden, können Stärke und Dauer solcher Strahlungen
ausreichen, um die Logik L über
lange Zeiträume
in Zuschaltung zu halten (d.h. VA bleibt auf hohem Logikpegel) und
eine folgerichtige, sehr starke Erhöhung im Energieverbrauch der
Batterie 12 bewirken.
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4 zeigt
die Trends der gleichen Signale, die in 3 gezeigt sind, unter den Umständen, bei denen
die Photodiode PH ein Signal empfängt, das von der Logik L nicht
als Aktivierungs-/Entaktivierungssignal erkannt wird (beispielsweise
ein Geräuschsignal,
dessen Ende in 4 nicht
gezeigt ist). Diese Signale weisen den gleichen Trend wie die weiter
oben gezeigten auf, jedoch bleibt das von der Logik L ausgegebene
Signal VL in diesem Falle auf niedrigem Logikpegel. Gemäß der Darstellung
in 4 bleibt die Logik
L, wenn die Stärke
der durch die Photodiode PH empfangenen Signale größer als ein
vorbestimmter Wert ist, zwecks Erkennung von Frequenz und Dauer
des empfangenen Signals zugeschaltet. Infolgedessen wird Energie
der Batterie 12 selbst in Zeiten verbraucht, in denen die
Schaltungen im Bereitschaftszustand bleiben könnten.
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5 ist
ein Blockschaltbild, das einige Blöcke einer entfernt liegenden
Sender/Empfängereinheit 8 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Der Verarbeitungsabschnitt E umfaßt neben den
an Hand von 2 beschriebenen
Teilen Dämpfungsvorrichtungen,
die eine automatische Empfindlichkeitssteuerung zustandebringen,
und die in dem dargestellten Beispiel Elemente einer Rückkopplungsschaltung,
insbesondere einen zusätzlichen Tiefpaßfilter
F2, dessen Eingang mit dem Ausgang des Komparators C1 verbunden
ist, einen zusätzlichen
Verstärker,
beispielsweise einen mit dem Ausgang des Filters F2 verbundenen
Differentialverstärker
A2, und einen Feldeffekttransistor oder MOSFET (Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor) MF1 der An mit Verstärkungsbetrieb umfassen, mit dem
eine Dämpfungsvorrichtung
ausgeführt
wird. Die als "Gate", "Quelle" und "Abfluß" bekannten Bereiche
des Transistors MF1 sind mit dem Ausgang des Verstärkers A2
bzw. an den Enden der Photodiode PH verbunden.
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Das von dem Komparator C1 ausgegebene Signal
VC1 wird zu dem Eingang des Filters F2 gesendet, der in der im folgenden
ausführlich
beschriebenen Weise auch einen Verzögerungsgenerator mit einer
Zeitkonstanten RC2 bereitstellt, die länger als diejenige (RC1) des
Filters F1 ist. Das Eingangssignal VF2 wird mit einem Schwellwert
VTH3 verglichen, der niedriger als VTH2 ist, und wird verstärkt, um
ein Signal zu liefern, insbesondere eine Spannung VA2, die an das
Gate des Transistors MF1 geleitet wird. Durch die Spannung VA2 wird
auf analoge oder kontinuierliche Weise die Leitung des Transistors
MF1 sowie die daraus folgende Teildämpfung des von der Photodiode
PH erzeugten Signals gesteuert, das an den Verstärker A1 gelangt. Wie im folgenden
klarer erläutert
wird, verhindert dieser Abschnitt der Schaltung, daß Geräuschsignale
mit einer Stärke
und einer Dauer, die gleich denen oder größer als die eines Aktivierungssignals
sind und beispielsweise von einer Leuchtstofflampe eintreffen, eine
ungewollte und lange Leistungsversorgung der Logik L bewirken.
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Nunmehr wird die Funktionsweise der
in 5 gezeigten Schaltung
an Hand der 6, 7 und 8 erläutert,
die den Trend der Signale unter drei verschiedenen Umständen darstellen.
Auch in den 6, 7 und 8 weisen die Graphiken, welche die Signale
VA1 und VC1 darstellen, der Einfachheit und Klarheit halber ebenfalls
Unterbrechungen sowie eine andere Zeitskala gegenüber den
anderen Graphiken auf.
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Wenn angenommen wird, daß in einem
spezifischen Moment in der Zeit der Transistor MF1 im wesentlichen
gesperrt wird (d.h. die Spannung VA2 auf niedrigem Pegel gehalten
wird), da die Photodiode PH keine vorhergehenden Signale empfangen hat),
und sich die Schaltungen im Bereitschaftszustand befinden, wird
durch das Eintreffen eines durch die Photodiode PH empfangenen Signals
mit aus reichender Stärke
und Dauer eine Abfolge von Impulsen VC1 (siehe 6) erzeugt, die anfänglich ähnlich der Abfolge gemäß 4 ist.
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Das Signal VC1 wird zu beiden Filtern
F1 und F2 gesendet und, da der Filter F1 eine Zeitkonstante aufweist,
die niedriger als diejenige des Filters 2 ist, wird die
Leistungsversorgung der Logik L aktiviert, bevor der Wert VF2 den
Schwellwert VTH3 erreicht, und damit die Prüfung von Frequenz und Dauer
der Abfolge VC1 aktiviert: wenn das Signal, das die Photodiode PH
empfangen hat und infolgedessen das Signal VC1 nicht die Merkmale
hinsichtlich Frequenz und Dauer (Mindestanzahl von Impulsen) eines
Aktivierungssignals aufweist, bleibt das Signal VL auf niedrigem
Logikniveau, und die Schaltungen T zum Erzeugen und Senden optischer
Signale werden nicht zugeschaltet.
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Wenn das Signal VF2 nach einer begrenzten Verzögerungszeit
t1 (beispielsweise von einigen Zehntelsekunden} den Schwellwert
VTH3 erreicht und nach einer weiteren sehr kurzen Verzögerungszeit
der Spannungspegel des von dem Verstärker A2 gelieferten Signals
VA2 ausreichend hoch ist, beginnt der Transistor MF1 leitend zu
werden und bewirkt dadurch eine Dämpfung der Spannung über Quelle
und Abfluß.
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Deshalb vermindern sich, sobald der
Transistor MF1 leitend zu werden beginnt, die Amplituden der Signale
am Eingang und am Ausgang des Verstärkers A1. Infolgedessen vermindert
sich der Einschaltzyklus des von dem Komparator C1 ausgegebenen
Signals VC1 auf Grund dessen, daß die Zeiträume, in denen die Amplitude
von VA1 den Schwellwert VTH1 überschreitet,
kürzer
werden. Mithin nimmt die Ausgangsspannung VF1 des Filters F1 ab und
stabilisiert sich auf einem Wert, der etwas höher als der Schwellwert VTH3
(und mithin niedriger als der Wert von VTH2) ist. Die Ausgangsspannung
VF2 stabilisiert sich ebenfalls auf diesem Wert, so daß die Spannung
VA2 ausreichend hoch gehalten wird und mithin die Spannung am Eingang
des Verstärkers
A1 in geeigneter Weise gedämpft
wird. Wenn der Wert der Spannung VF1 niedriger als der Schwellwert VTH2
des Kom parators C2 wird, schaltet der Wert des Signals VC2 auf niedrigen
Logikpegel um und, wenn zwischenzeitlich kein Aktivierungssignal
erkannt wurde, wird die Leistungsversorgung VA der Logik L verhindert
und bleibt so, solange die Geräuschsignale
andauern (oder wenn diese Signale aufhören), und verhindert dadurch
einen unnötigen Verbrauch
der Energie der Batterie 12. Umgekehrt wird dann, wenn
das Aktivierungssignal zwischenzeitlich erkannt wurde, durch das
anschließende
Umschalten des Wertes des Signals VL auf hohen Pegel sichergestellt,
daß die
voll-ständige Leistungsversorgung
aufrechterhalten wird.
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7 zeigt
den Trend der Signale, wenn ein geeignetes Aktivierungssignal zusammen
mit Geräuschsignalen,
beispielsweise den in 6 bezeichneten,
zu der Photodiode PH gesendet wird. Es wird angenommen, daß dann,
wenn das geeignete Aktivierungssignal durch die Photodiode PH empfangen
wird, der Wert der Spannung A2 und die leitende Weise des Transistors
MF1 ausreichen, um die Schaltungen dank der weiter oben beschriebenen Leistung
im Bereitschaftszustand zu halten.
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Durch das Eintreffen des Aktivierungssignals,
das die Geräusche überlagert
und eine Stärke besitzt,
die deutlich größer als
diejenige der Geräusche
ist, kommt es zu einem steilen Anstieg in der Amplitude des von
der Photodiode PH erzeugten Signals und in der Amplitude des verstärkten Signals VA1.
Ungeachtet der Dämpfungswirkung
des Transistors MF1 wird der Einschaltzyklus der Abfolge von durch
den Komparator C1 ausgegebenen Impulsen VC1 höher, das durch den Filter F1
ausgegebene Signal VF1 steigt über
den Schwellwert VTH2 an, und das Signal VC2 schaltet auf hohen Logikpegel
um und aktiviert dadurch die Leistungsversorgung der Logik L und
die Prüfung
der Merkmale Frequenz und Dauer des empfangenen Signals. Der Wert
des durch den Filter F2 ausgegebenen Signals VF2 erhöht sich
ebenfalls etwas, jedoch dank der anderen Zeitkonstante RC2 langsamer,
und der Wert der Spannung VA2 erhöht sich in der gleichen Weise.
Es sollte angemerkt werden, daß im
Gegensatz zu dem der Einfachheit und Eindeutigkeit halber in
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7 Gezeigten
die Veränderungen
des Signals VA2 von entschieden größerer Substanz (die von der
Verstärkung
durch den Verstärker
A2 abhängt)
gegenüber
denjenigen des Signals VF2 sind. Die Erhöhung des Wertes der Spannung
VA2 führt durch
die Wirkung des Transistors MF1 zu einer größeren Dämpfung des Signals der Photodiode
PH, die ausreicht, um das Ausgangssignal des Filters F1 auf einen
Wert zurückzubringen,
der nur um ein geringes höher
als VTH3 ist. Bevor das jedoch geschieht, verbleibt das Signal VC2
auf hohem Logikpegel, so daß die
Leistungsversorgung über
einen Zeitraum aktiviert wird, der ausreicht, damit die Logik L
die Merkmale Frequenz und Dauer des Aktivierungssignals erkennt
und den Pegel des Signals VL umschaltet, um die Leistungsversorgung
selbst nach der Abschwächung
des Signals VC2 als Folge der automatischen Steuerung der Empfindlichkeit
aufrechtzuerhalten.
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Es sollte angemerkt werden, daß in dem
Falle, daß die
Vergrößerung der
Amplitude der von der Photodiode PH erzeugten Spannung ebenfalls
durch ein ungewolltes Geräuschsignal,
beispielsweise auf Grund einer plötzlichen Verschiebung zwischen
der Sonde 4 und einer Leuchtstofflampe, hervorgerufen werden
sollte, die daraus folgende Versorgung der Logik L in jedem Falle
(wie die in 6 bezeichnete Situation)
von kurzer Dauer wäre.
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Es sollte außerdem angemerkt werden, daß der in 7 gezeigte Trend des Signals
VF1 eine weitere Abnahme unter den Schwellwert VTH3 über einen
kurzen Zeitraum, der nach dem Ende des Aktivierungssignals folgt,
wenn noch eine beträchtliche Dämpfung besteht,
und die anschließende
Rückkehr zu
einem Wert, der etwas höher
als der Schwellwert VTH3 ist, und weiter zu einem Abfallen (einer
Abnahme von VF2 und VA2) der Dämpfung
anzeigt, die dennoch zum "Filtern" von Geräuschsignalen
ausreicht.
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8 stellt
die Situation dar, in der die stationäre Sender/Empfängereinheit 10 unter
den folgenden Umständen
ein Entaktivierungssignal sendet:
- 1. Sonde 4 führt einen
Prüfzyklus
aus, und mithin erfolgt eine vollständige Versorgung der Schaltungen
mit Leistung (VL befindet sich auf hohem Logikpegel), und
- 2. Die durch die Photodiode PH empfangenen Signale bewirken
die Dämpfung
des Signals, das die Photodiode PH gemäß der weiter oben beschriebenen
Leistung erzeugt, wodurch verhindert wird, daß die Abfolge von Impulsen
VC1 zu der Logik L gelangt (VC2 befindet sich auf niedrigem Logikpegel).
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Das neu eingegebene Signal, dessen
Stärke besonders
hoch ist, überlagert
die Geräusche
und führt
zu einer steilen Anstieg der Amplitude des von der Photodiode PH
erzeugten Signals. Die in 8 gezeigte
Leistung ist ähnlich
dem in 7 gezeigten Beispiel,
und das Signal VC2 wird auf hohen Logikpegel geschaltet und verbleibt
dort über
einen kurzen Zeitraum, bevor das Signal der Photodiode PH in geeigneter
Weise gedämpft
wird. In diesem Falle wirkt das Umschalten des Signals VC2 nicht
so, daß die Leistungsversorgung
der Logik L geändert
wird (diese ist dank der Wirkung des Signals VL bereits zugeschaltet),
sondern daß die
Logik L mit Hilfe der logischen UND-Schaltung G2 in die Lage versetzt
wird, die Merkmale Frequenz und Dauer des neu eingegebenen Signals
zu prüfen.
Wenn entsprechend diesen Prüfungen
ein Entaktivierungssignal erkannt wird, wird der Logikpegel des
Signals VL in einer solchen Weise von hoch auf niedrig umgeschaltet,
daß im
Anschluß an
die nachfolgende Abnahme im Pegel des Signals VL auf Grund der Dämpfungswirkung
die Leistungsversorgung der Logik L (und derjenigen der Schaltungen
T zum Erzeugen und Senden optischer Signale) verhindert wird. Dagegen
enden die Prüfungen,
wenn das Signal VL zu niedrigem Logikpegel zurückkehrt, wenn das Entaktivierungssignal
nicht erkannt wurde.
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Offensichtlich ist die Möglichkeit,
daß im
Laufe der kurzen Zeiträume,
in denen sich VC2 auf hohem Logikpegel befindet, ein Geräuschsignal
mit den Merkmalen Frequenz und Dauer eines Aktivierungssignals vorhanden
ist, äußerst gering.
Sollte jedoch dieses unwahrscheinliche Ereignis eintreten, könnte es
zur ungewoll ten Aktivierung der Sonde 4 führen, d.h.
zur ungewollten vollständigen
Leistungsversorgung ihrer Schaltungen.
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Auf eine identische (und ebenso unwahrscheinliche)
Weise könnte
es geschehen, daß im Laufe
der kurzen Zeiträume,
in denen sich VC2 auf hohem Logikpegel befindet, ein Geräuschsignal
mit den Merkmalen eines Entaktivierungssignals empfangen wird, das
bei Erkennung als solches die Versorgung der Schaltungen der Sonde 4 mit
Leistung unterbrechen könnte,
während
ein Prüfzyklus
stattfindet, und zu unvorhersehbaren negativen Folgen führen könnte.
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Bei Experimenten ist es vorgekommen,
daß von
Lampen mit nichtelektronischem Reaktionsglied ausgesendete Geräusche Frequenzen
aufweisen können,
die näher
an denjenigen der vorherigen geeigneten Signale liegen, während die
Leuchtstofflampen mit elektronischem Reaktionsglied Geräusche mit
sehr viel höheren
Frequenzen als den Frequenzen der geeigneten Aktivierungs- und Entaktivierungssignale
aussenden. Typischerweise senden die Lampen der zweiten Art Geräusche mit
einer Stärke aus,
die über
einen relativ nicht unbedeutenden Zeitraum (typischerweise von fast
einer Millisekunde) periodisch einen Wert nahe Null annimmt, da
die Leistungsversorgungsspannung periodisch einen Wert Null annimmt.
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9 stellt
schematisch den in den 2 und 5 gezeigten Filter F1 und
weitere Dämpfungsvorrichtungen
mit einer zusätzlichen
Filtereinheit FA dar, die mit dem Filter F1 parallel geschaltet
ist. Der Filter F1 und die Einheit FA bilden zusammen einen "asymmetrischen" Filter F1', mit dem das Problem
von unerwünschten
Aktivierungen und Entaktivierungen der Sonde 4 gelöst werden
kann.
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Der Filter F1' umfaßt zwei Tiefpaßfilter,
wobei der eine (F1) aus dem Widerstand RES 1 und dem Kondensator
CON1 besteht und der andere aus dem Widerstand RES2 und dem Kondensator
CON2 besteht. Außerdem
umfaßt
die Einheit FA einen Komparator C3, der das Signal an seinem Eingang
mit einem Schwellwert VTH4 vergleicht, und eine Diode D1, die der
Einfachheit der Beschreibung halber als ideal betrachtet wird. Der
aus den Teilen RES2 und CON2 bestehende Filter weist eine niedrigere
Zeitkonstante gegenüber
derenigen des Filters F1 auf.
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Bei Empfang eines Signals mit geeigneter Stärke und
unbedeutenden Unterbrechungen wird das von dem aus RES2 und CON2
bestehenden Filter ausgegebene Signal gegenüber dem von F1 ausgegebenen
schneller größer, bis
es den Schwellwert VTH4 übersteigt
und das Ausgangssignal des Komparators C3 auf einen hohen Logikpegel
schaltet. Mithin wird die Diode D1 abgeschaltet. In diesem Fall wirkt
der Filter F1' im
wesentlichen als Filter F1, mit anderen Worten in der an Hand der 2 und 5 beschriebenen Weise. Wenn dagegen das
empfangene Signal sehr große
Unterbrechungen aufweist, fällt
bei jeder Unterbrechung der Wert der Spannung am Eingang des Komparators
C3 unter den Wert von VTH4 ab, wodurch das Ausgangssignal des Komparators C3
auf niedrigen Logikpegel geschaltet wird. Mithin ist die Diode D1
periodisch leitend und aktiviert die periodische Entladung des -Kondensators
CON1. Infolgedessen erreicht das Signal VF1 nicht den Schwellwert
VTH2, und die Leistungsversorgung der Logik L wird nicht aktiviert,
und/oder das Signal VC1 gelangt nicht zur Logik L. Deshalb werden
durch Verwendung des Fil-ters F1' in 9 in einer Schaltung wie
derjenigen von 2 oder 5 Geräuschsignale
mit sehr großen
Unterbrechungen verhindert, beispielsweise die von Leuchtstofflampen
mit nichtelektronischem Reaktionsglied ausgesendeten, um die auch nur
zeitweilige Leistungsversorgung der Logik L oder die auch nur zeit-weilige
Aktivierung der Signalfrequenzprüfungen
zu bewirken. Es sollte erkennbar werden, daß diese Geräuschsignale, wie weiter oben erwähnt, unter
den von den Leuchtstofflampen ausgesendeten Geräuschen diejenigen sind, die
Frequenz- und Regelmäßigkeitsmerkmale
besitzen, die eine relativ hohe Wahrscheinlichkeit aufweisen (selbst
wenn diese absolut sehr gering ist), daß sie sich den Merkmalen der
Aktivierungs- und Entaktivierungssignale annähern. Mithin besteht, wenn
wie bei Verwendung des Filters F1' die Leistungsversorgung der Logik L
nicht einmal über
eine begrenzte Zeit aktiviert wird oder, wenn sich die Vorrichtung
in der Sendephase befindet, die Prüfungen der Signalfrequenz nicht
einmal über
eine begrenzte Zeit aktiviert werden, im wesentlichen keine Gefahr
einer möglichen ungewollten
Aktivierung/Entaktivierung. Es ist offensichtlich, daß durch
das Vorhandensein des Filters F1' in
Kombination mit der durch die Anordnung gemäß 5 aktivierten automatischen Empfindlichkeitssteuerung
ein gleichzeitiger Schutz gegen die Ge-räuschsignale sowohl bei niedrigeren
Frequenzen (vergleichbar mit den Aktivierung/Entaktivierungsfrequenzen)
als auch bei höheren
Frequenzen (wie den von Leuchtstofflampen mit elektronischem Reaktionsglied
ausgesendeten) gegeben, wodurch im letzteren Falle eine unerwünschte Leistungsversorgung
nur der Logik L über
sporadische und sehr kurze Zeiträume
(typischerweise kürzer
als eine halbe Sekunde) aktiviert wird, die angesichts des richtigen
Energieverbrauchs der Batterie 12 im wesentlichen unbedeutend
sind.
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10 ist
ein schematisches und Teilschaltbild einer entfernt liegenden Sender/Empfängereinheit 8 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung. Die Schaltung umfaßt neben den an Hand der 5 und 9 beschriebenen Teilen eine LED LD, die
eine visuelle Prüfung
des Zustands der Sonde 4 und die Anzeige, daß Geräusche vorhanden
sind, und eines Verbindungsabschnitts SC ermöglicht, der folgendes umfaßt: eine
Programmiereinheit DS, beispielsweise einen manuell betätigten Schalter
(oder "DIP-Schalter") mit zwei Wahlschaltern,
insbesondere Schalter SW1 und SW2, drei Widerstände RES3, RES4, RES5, einen
Komparator C4 zum Vergleichen des Signals an seinem Eingang mit
einem Schwellwert VTHS und einen Feldeeffekttransistor MF2. Weiterhin
zeigt 10 schematisch
die Erfassungsvorrichtungen 13 (d.h. einen Mikroschalter)
und die zugeordneten Verbindungen zum Verbindungsabschnitt SC.
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Wenn der Schalter SW2 geöffnet ist
(der beispielsweise von Hand betätigt
werden kann) und die Vorrichtung sendet, wird durch Einschalten
der LED LD die Auslenkung des Arms 7 als Folge des Kontakts
zwischen dem Fühler 6 und
einem Werkstück 1 überwacht.
Faktisch ist der Mikroschalter 13 geschlossen, wenn der
Arm 7 nicht ausgelenkt ist (es besteht kein Kontakt zwischen
Fühler 6 und
Werkstück 1):
in diesem Zustand ist das Signal an dem nicht umkehrenden Eingang
des Komparators C4 niedrig, mithin ist der Transistor MF2 gesperrt,
und die LED LD ist ausgeschaltet.
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Wenn dagegen der Arm 7 ausgelenkt
ist, ist der Mikroschalter 13 geöffnet, und mithin befindet sich
an dem nicht umkehrenden Eingang des Komparators C4 ein Signal,
das den Schwellwert VTHS übersteigt
und dem Transistor MF2 das Leiten ermöglicht. In diesem Falle bewirkt
die Spannung an den Enden der LED LD, daß dieselbe eingeschaltet wird,
um visuell anzuzeigen, daß ein
Kontakt zwischen dem Fühler 6 und
der Fläche
des Werkstücks 1 stattgefunden
hat. Die Spannung am Ausgang des Komparators C4 wird auch zu der
Logik 4 gesendet, die erfaßt, daß ein Kontakt stattgefunden
hat, und demgemäß die Schaltungen
T zum Erzeugen und Senden optischer Signale ansteuert.
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Wenn der Schalter SW2 geschlossen
wird, wenn die Logik zugeschaltet wird (sich das Signal VA auf hohem
Logikpegel befindet), ist der Transistor MF2 leitend, und die LED
LD ist unabhängig
vom Zustand des Mikroschalters 13 eingeschaltet. In der Montage-
und Einstellungsphase für
die Sonde 4 an der Werkzeugmaschine 2 kann der
Schalter SW2 ausgeschaltet werden, um so die LED LD visuell durchprüfen zu können, ob
in der spezifischen Position, in der die Sonde an der Werkzeugmaschine
angebracht wird, die entfernt liegende Sender/Empfängereinheit 8 Geräuschen unterliegt.
Faktisch ist in dieser Phase die einzige Ursache, aus der die Logik L
(mit dem Signal VA auf hohem Logikpegel) mit Leistung versorgt wird,
die durch das Einschalten der LED LD erkannt werden kann, die Geräusche sind. Falls
das eintritt, kann der Schalter SW1 ausgeschaltet werden (er kann
beispielsweise manuell betätigt werden),
wobei letzterer ermöglicht,
daß Signale
zu dem Verstärker
A2 und zu der zusätzlichen
Filtereinheit FA gesendet werden, um die zugeordnete automatische
Empfindlichkeitssteuerung und "asymmetrische" Filterungsfunktionen zu
aktivieren. Wenn ein spezifischer Zeitraum seit dem Beginn des Geräuschsignals
als Folge des Schaltens des Signals VA auf niedrigen Logikpegel
abgelaufen ist, wird durch das Ausschalten der LED LD überwacht,
daß die
Schaltung für
einen wirksamen Schutz gegen die Geräusche sorgt.
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Wenn die Einstellungsphase endet,
wird der Schalter SW2 geöffnet,
so daß die
LED LD den Zustand des Arms 7 der Sonde 4 weiter überwachen kann.
Dagegen kann der Schalter SW1 abhängig davon, ob es entsprechend
der in der Einstellungsphase vorgenommenen Erfassungen als ratsam
betrachtet wird, die automatische Empfindlichkeitssteuerung und "asymmetrische" Filterungsfunktionen
zum Beschränken
der Zeiträume
zur Versorgung der Logik L mit Leistung zu aktivieren und den ungewollten
Energieverbrauch der Batterie 12 und die Gefahr von ungewollten
Aktivierungen und Entaktivierungen zu minimieren, entweder ein-
oder ausgeschaltet werden.
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Mithin können mit den bisher beschriebenen Ausführungsformen
der entfernt liegenden Sender/Empfängereinheit 8 in einer
besonders einfachen und wirksamen Weise im wesentlichen unbedeutende,
ungewollte Energieverbräuche
der Batterie 12, beispielsweise auf Grund von Geräuschsignalen,
die von Leuchtstofflampen ausgesendet werden können, erzielt werden und die
Möglichkeit,
daß diese
Geräuschsignale
zur Ursache einer zufälligen
Aktivierung oder Entaktivierung der Sonde 4 werden, praktisch
auf Null vermindert werden.
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Offensichtlich lassen sich die hier
in einer äußerst schematischen
Weise beschriebenen und dargestellten Teile der Einheit 8 ohne
Abweichung vom Umfang der vorliegenden Erfindung nach der Definition
in den beigefügten
Ansprüchen
mit verschiedenen bekannten Methoden zustandebringen. Das gilt auch
für die
in den Figuren gezeigten anderen Einheiten und Teile, beispielsweise
für die
Erfassungsvorrichtungen 13, zu denen Schalter oder Geber
einer bekannten An gehören
können.
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Systeme mit anderen Aspekten bezüglich des
hier Beschriebenen, beispielsweise insoweit die Merkmale der von
der Logik erkannten Aktivierungs- und Entaktivierungssignale betroffen
sind, liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung nach der
Definition in den beigefügten
Ansprüchen.
Zu diesen Merkmalen können
spezifische Kodierungen der Signale gehören, die nicht unbedingt an
Frequenz und/oder Dauer (Anzahl der Impulse) der Signale gebunden
sind.
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Außerdem kann die vorliegende
Erfindung, selbst wenn die Figuren und die zugeordnete Beschreibung
eine Sender/Empfängereinheit
von Infrarotsignalen betreffen, ohne wesentliche Modifizierungen
auch auf Systeme angewandt werden, mit denen Signale mit anderen
Frequenzen, beispielsweise im Funkfrequenzbereich, übertragen
werden.