DE1095529B - Einrichtung zur Erleichterung der raeumlichen Verschiebung eines mit Hilfe elektromotorischer Antriebe in drei rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen verschiebbaren Koerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erleichterung der räumlichen Verschiebung eines mit Hilfe elektromotorischer Antriebe in drei rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen verschiebbaren Körpers, insbesondere des Meßschlittensystems eines stereophotogrammetrischen Auswertgerätes.

Ähnliche Probleme treten auf z. B. bei Geräten zur Verfolgung des Fluges eines Luftfahrzeuges oder bei Einrichtungen zur Steuerung der Bewegung von Teleskopen, wie sie in astronomischen Observatorien verwendet werden.

Bei den bekannten stereophotogrammetrischen Auswertgeräten, bei denen das Meßsystem in drei rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen verschoben werden kann, dienen zur Steuerung dieser Verschiebungen drei getrennte, von Hand zu betätigende Steuervorrichtungen, wie z. B. zwei Handräder und ein pedalbetätigtes Steuerorgan. Die Bedienung eines solchen Gerätes ist sehr schwierig, da die'Betätigung von drei getrennten Steuerorganen nur schwer zu koordinieren ist. Die Bewegungskomponenten müssen in einem konstanten Verhältnis zueinander gehalten werden, wenn gewünscht wird, daß die von den Punktmarken zurückgelegte Bahn geradlinig ist. Wenn jedoch die Bahn gekrümmt sein soll, dann wird für die Bedienungsperson das Problem der Änderung dieses Verhältnisses zwischen den Bewegungskomponenten zwecks Erhalt der gewünschten Kurve noch komplizierter.

Es sind auch schon Antriebseinrichtungen für photogrammetrische Auswertegeräte bekannt, bei denen diese Schwierigkeiten für die Verschiebung in zwei Koordinatenrichtungen behoben sind, und zwar dadurch, daß für diese beiden Koordinatenrichtungen nur ein Antriebsorgan vorgesehen ist und die Drehbewegung dieses Antriebsorgans im Verhältnis des Sinus zum Kosinus eines beliebig einstellbaren Richtungswinkels zerlegt wird. Jede der gewonnenen Bewegungskomponenten dient dann zum Antrieb der Verschiebung in einer Koordinatenrichtung, so daß die Richtung der resultierenden Bewegung stets mit dem eingestellten Richtungswinkel übereinstimmt und die resultierende Geschwindigkeit der des einzigen Antriebsorgans proportional ist.

Ferner sind bereits Einrichtungen zur ebenen Verschiebung eines Körpers in zwei rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen bekannt, bei denen für jede Koordinatenrichtung ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen ist und die beiden Antriebe von Spannungen gesteuert werden, die von einem einzigen, winkelmäßig verstellbaren, als Lenkelement dienenden Generatorsystem abgegriffen werden und in einem Sinus-Kosinus-Verhältnis zueinander stehen. Es ist auch schon bekannt, an Stelle eines solchen Generatorsystems Potentiometer zu verwenden.

Einrichtung zur Erleichterung

der räumlichen Verschiebung eines mit

Hilfe elektromotorischer Antriebe in drei

rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen

verschiebbaren Körpers

Anmelder:

National Research Council,
Ottawa, Ontario (Kanada)

Vertreter: Dr. K. Schwajrzhans, Patentanwalt,
München 19, Romanplatz 9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1954

Charles Rickard Clemence, Ottawa, Ontario,

Theodore Josef Blachut,

Rothwel Heights, Ottawa, Ontario,

und Cornells Jan van der Hoeven, Ottawa, Ontario

(Kanada),
sind als Erfinder genannt worden

Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, die sich auf Verschiebungen in der Ebene beschränken, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Körper in drei rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen in besonders zweckmäßiger Weise zu verschieben.

Die Erfindung besteht darin, daß die Steuerspannungen für die elektromotorischen Antriebe zweier Koordinatenrichtungen in bekannter Weise im Verhältnis des Sinus zum Kosinus eines beliebig einstellbaren Richtungswinkels von einer einzigen Spannung abgeleitet werden und diese Spannung ihrerseits eine Komponente einer ebenfalls im Verhältnis des Sinus zum Kosinus eines beliebig einstellbaren Richtungswinkels zerlegten Steuerspannung ist, deren andere Komponente als Steuerspannung für den elektromotorischen Antrieb in der dritten Koordinatenrichtung dient.

Zur Steuerung des Körpers in drei rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen sind somit nur zwei Steuerorgane erforderlich, wodurch die Bedienung erheblich vereinfacht wird.

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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme schlossen, welcher zum Antrieb jeder der Wellen 30,

auf die Zeichnung ausführlicher beschrieben. 31 und 32 einen Motor enthält. Der Steuerkasten 33

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die erfin- wird über drei elektrische Leitungen 34, 35 und 36

dungsgemäße Einrichtung zur Steuerung eines stereo- gesteuert. Die Leitungen 34 und 35 führen zu einer

photogrammetrischen Auswertgerätes; 5 Lenkvorrichtung37, die Verbindungsleitung36 zu

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema einer Ausführungs- einem Fußpedal 41.

form der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Lenkvorrichtung 37 besteht aus einem Lenkring

Bei einem stereophotogrammetrischen Auswertgerät 38, der in einem Gehäuse 39 hochkant montiert ist.

der schematisch in Fig. 1 dargestellten Bauart wird Der Lenkring 38 besitzt an seinem äußeren Rande

jedes der beiden Lichtbilder von einem Bildträger 10 ίο einen Zahnkranz38a, welcher mit einem Unterset-

so gehalten, daß jedes Lichtbild durch eine Linse 11, zungsgetriebe innerhalb des Gehäuses 39 kämmt. Die-

welche einen Teil eines optischen Systems mit den ses Untersetzungsgetriebe ist so angeordnet, daß es

Prismen 12, 13 und 14 bildet, abgetastet werden kann. ein Potentiometer antreibt, welches später beschrieben

Die beiden optischen Systeme sind miteinander ge- werden soll. Die Leitung 34 verbindet das Potentio-

kuppelt, um die beiden Lichtbilder durch die Okulare 15 meter mit dem Steuerkasten 33. Das Gehäuse 39 wie-

15 und 16 hindurch stereoskopisch betrachten zu derum ist auf einem Sockel 40 drehbar angebracht,

können. und innerhalb des letzteren befindet sich ein zweites

Jede Linse 11 befindet sich am Ende einer zwei- Potentiometer, welches durch die Drehung des Geteiligen, teleskopisch ausziehbaren Führungsstange 17, häuses39 betätigt werden kann. Die Leitung 35 verdie allseitig schwenkbar in einem Kardanring 18 ge- 20 bindet das zweite Potentiometer mit dem Steuerkasten lagert ist, wodurch die Linse 11 einschließlich der üb- 33. Der Sockel 40 kann mit einer Fußplatte versehen liehen Punktmarke 19 über das Lichtbild bewegt wer- werden, um das Gerät auf einen Tisch zu stellen, so den kann, so daß die Punktmarke 19 auf dem Licht- daß der Lenkring 38 in geeigneter Lage unterhalb der bilde einer gewünschten Bahn folgt und gleichzeitig Okulare 15 und 16 für die Betätigung von Hand anso eingestellt werden kann, als ob sie sich im Raum- 35 geordnet werden kann. Bei dieser Anordnung betätigt bilde in der Vertikalen bewegt, so daß man eine volle die Drehung des Lenkringes 38 in seiner eigenen räumliche Steuerung der Punktmarke erhält. Ebene das Potentiometer innerhalb des Gehäuses 39,

Jede der Führungsstangen 17 gleitet mit ihrem un- wohin gegen die Drehung des Lenkringes 38 um eine teren Teil in der Längsrichtung in einer Muffe 20, die mit der Drehachse des Gehäuses 39 fluchtende Achse drehbar an einem Schlitten21 angelenkt ist; letzterer 30 das zweite Potentiometer innerhalb des Sockels40 bebewegt sich bei Drehung einer Schraubenspindel 23, tätigt. Das Potentiometer innerhalb des Gehäuses 39, die in eine entsprechende Gewindebohrung in dem welches durch die Drehung des Lenkringes 38 in sei-Schlitten 21 eingreift, auf einem Führungsständer 22 ner eigenen Ebene betätigt wird, steuert die Bewegung in der Senkrechten auf und ab. Der Führungsständer der beiden Schlitten 24 und 25. Das Potentiometer 22 und die Schraubenspindel 23 sind auf einem Schiit- 35 innerhalb des Sockels 40, das durch die Drehung des ten 24 angebracht, der zwecks seitlicher Bewegung auf Gehäuses 39 gesteuert wird, steuert seinerseits die Beeinem Schlitten25 gelagert ist; diese seitliche Bewe- wegung des Schlittens21 im richtigen Verhältnis zu gung erfolgt bei Drehung einer Schraubenspindel 26, der Bewegung der Schlitten 24 und 25.
die in eine entsprechende Gewindebohrung in dem Das Pedal 41 regelt die Geschwindigkeit des durch Schlitten 24 eingreift. Die Schraubenspindel 26 trägt 40 die Okulare 15 und 16 betrachteten Bildes der Punktein Ende des Schlittens 24, während das andere Ende marken 19. Das Pedal umfaßt eine Fußplatte 42 nebst desselben auf einer Führungsstange 27 gelagert ist. einem durch den Fuß betätigten Hebel 43, der an der Der Schlitten 25 seinerseits ruht auf einer Führungs- Fußplatte 42 durch einen Drehzapfen 44 scharnierartig stange 28 sowie auf einer Schraubenspindel 29, so daß angelenkt ist. Der Fußhebel 43 wird durch eine Feder bei Drehung der Schraubenspindel 29, die in eine Ge- 45 von der Fußplatte 42 abgedrückt, ist jedoch mit der windebohrung in dem Schlitten 25 eingreift, der letz- Fußplatte durch einen Zapfen 45, der in ein Gehäuse tere in der Längsrichtung der Stange 28 und der 46 eingreift, verbunden. Das Gehäuse 46 enthält ein Schraubenspindel 29 bewegt wird. Bei der gleichzeiti- Potentiometer, das durch die Verbindungsleitung 36 gen Drehung der Schraubenspindeln 23, 26 und 29 an den Steuerkasten 33 angeschlossen ist. Der Zapfen kann der Schlitten 21 gleichzeitig auf und ab in der 50 45 ist mit einem Getriebe verbunden, welches in ein Koordinatenrichtung Z, quer in der Koordinatenrich- an dem Potentiometer angebrachtes Zahnrad eingreift. tungX sowie von vorn nach hinten und umgekehrt in Das Getriebe ist so ausgebildet, daß irgendein belieder Koordinatenrichtung Y bewegt werden. Die X- biger Betätigungswinkel des Pedals 43 das Potentio- und F-Koordinaten stehen im rechten Winkel zuein- meter durch den vollen Bereich hindurch bewegt. Beim ander und liegen in der gleichen Ebene, während sich 55 Heruntertreten des Pedals 43 werden die Steuerspandie Z-Koordinate senkrecht zu dieser Ebene erhebt. nungen der die biegsamen Wellen 30, 31 und 32 anWerden die Schlitten 24 und 25 mit der gleichen treibenden Motoren erhöht, wodurch die Geschwindig-Geschwindigkeit bewegt, dann wird der Führungs- keit des durch die Okulare 15 und 16 betrachteten BiI-ständer22 und damit das Bild der Punktmarken 19 des der Punktmarken 19 geändert wird,
längs einer Bahn bewegt, die den rechten Winkel zwi- 60 Die Fig. 2 zeigt ein Schaltschema der erfmdungsschen den X- und F-Koordinaten genau teilt. Wird gemäßen Einrichtung. Sie umfaßt drei Servoantriebsjedoch der Schlitten 24 schneller bewegt als der systeme 70, 71 und 72, die über die Potentiometer R23 Schlitten 25, dann ist der Winkel zwischen der X-Ko- und i?24 an einen Gleichstrom liefernden Stromverordinate und der Bahn des Bildes der Punktmarken sorgungskreis 73 angeschlossen sind. Die Potentiome-19 kleiner als der Winkel zwischen einer derartigen 65 teri?23 und R24k, beide vom Sinus-Kosinus-Typ, beBahn und der F-Koordinate. sitzen ringförmig geschlossene Wicklungen, denen die Die die Schlitten 21, 24 und 25 verschiebenden zu zerlegenden Spannungen an zwei einander gegen-Schraubenspindeln 23, 26 und 29 werden ihrerseits überliegenden Punkten 4, 5, 6, 7 zugeführt werden, durch die biegsamen Wellen 30, 31 und 32 angetrie- während die hierzu um 90° versetzten gegenüberlieben; die letzteren sind an einen Steuerkasten 33 ange- 7° genden Punkte der Wicklungen geerdet sind. Die Ein-

Claims (6)

gangsspannung für das Potentiometer R23 wird dem Stromversorgungskreis 73 entnommen. Durch das zwischengeschaltete Potentiometer R 22 ist sie veränderlich. Das Potentiometer R23 hat drei um 90° gegeneinander versetzte, gemeinsam um die Potentiometerachse drehbare Schleifer 1, 2, 3. Die an den einander gegenüberliegenden Schleifern 1 und 3 abgegriffenen Spannungen werden nach Verstärkung in den Gleichstromverstärkern 74 und 75 dem Potentiometer R 24 zügeführt, das zwei um 90° versetzte Schleifer 8, 9 besitzt. An dem Schleifer 2 des Potentiometers R23 und den Schleifern 8, 9 des Potentiometers R24 werden die Gleichstrom-Steuerspannungen für die drei Servoantriebssysteme 70, 71 und 72 abgenommen und den letzteren über die Leitungen 77, 78, 79 zugeführt. Die Verstärker 74, 75 werden von einem Stromversorgungskreis 76 gespeist, der auch die Anodenspannungen für die Servoantriebssysteme 70, 71, 72 liefert. Das Potentiometer R 22 stellt das durch das Pedal 41 der Fig. 1 betätigte Potentiometer dar, während die Potentiometer R23 und i?24 diejenigen sind, die durch den Lenkring 38 betätigt werden und in dem Gehäuse 39 sowie in dem Sockel 40 enthalten sind. Die Stromversorgungen 73 und 76 sowie die Servoantriebssystem^ 70, 71 und 72 sind in dem Steuerkasten 33 enthalten. Bei irgendeiner gegebenen Einstellung des Potentiometers R 22 (Fig. 2) durch das Pedal 41 (Fig. 1) folgen die Punktmarken 19 (Fig. 1) mit konstanter Geschwindigkeit einer Bahn, die durch die Sinus-Kosinus-PotentiometerR23 und i?24 vorgeschrieben wird. Falls gewünscht, kann die Geschwindigkeit der Punktmarken 19 durch die Einstellung des Potentiometers R 22 geändert werden, ohne daß dadurch die Bewegungsrichtung der Punktmarken 19 geändert wird. Demzufolge kann die Einrichtung dazu verwendet werden, den Kurs eines Körpers im Raum mit konstanter Geschwindigkeit mittels eines einzigen Steuerelements, wie z. B. dem in Fig. 1 dargestellten Lenkring 38, zu steuern, wobei die Geschwindigkeit des Körpers auch geändert werden kann, ohne dessen Bewegungsrichtung zu wechseln. PatentAxspruche:

1. Einrichtung zur Erleichterung der räumlichen Verschiebung eines mit Hilfe elektromotorischer Antriebe in drei rechtwinkeligen Koordinatenrichtungen verschiebbaren Körpers, insbesondere des Meßschlittensystems eines stereophotogrammetrischen Auswertgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen für die elektromotorischen Antriebe zweier Koordinatenrichtungen in bekannter Weise im Verhältnis des Sinus zum Kosinus eines beliebig einstellbaren Richtungswinkels von einer einzigen Spannung abgeleitet werden und diese Spannung ihrerseits eine Komponente einer ebenfalls im Verhältnis des Sinus zum Kosinus eines beliebig einstellbaren Richtungswinkels zerlegten Steuerspannung ist, deren andere Komponente als S teuer spannung für den elektromotorischen Antrieb in der dritten Koordinatenrichtung dient.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sinus-Kosinus-Zerleger ringförmig geschlossene Potentiometer (R23, i?24) mit um 90° versetzten, nach Maßgabe der Richtungswinkel gemeinsam verstellbaren Schleifern (1, 2, 3, 8, 9) verwendet werden, denen die zu zerlegenden Spannungen an zwei einander gegenüberliegenden Punkten (4, 5, 6, 7) der Wicklung zugeführt werden, während die hierzu um 90° versetzten gegenüberliegenden Punkte der Wicklung geerdet sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen für die elektromotorischen Antriebe in drei Koordinatenrichtungen durch eine an ein erstes Potentiometer (i?23) mit drei um 90° versetzten Schleifern (1, 2, 3) angelegte Spannung erzeugt und von dem mittleren Schleifer (2) dieses Potentiometers (i?23) und den beiden um 90° versetzten Schleifern (8, 9) eines zweiten Potentiometers (i?24) abgenommen werden, welches von den an den beiden gegenüberliegenden Schleifern (1, 3) des ersten Potentiometers (R23) liegenden Spannungen gespeist wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Potentiometer (R23, i?24) in eine Lenkvorrichtung mit einem sowohl um eine horizontale als auch um eine vertikale Achse drehbaren Lenkring (38) eingebaut sind und das eine Potentiometer (i?23) durch die Drehung des Lenkringes um die vertikale, das andere Potentiometer (i?24) durch die Drehung des Lenkringes um die horizontale Achse verstellt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung für das erste Potentiometer (R23) veränderlich ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Speisespannung durch ein in ein Fußpedal (41) eingebautes Potentiometer (R22) erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 376 121, 384 877, 591, 702 468, 741872;

französische Patentschriften Nr. 772 683, 993 924.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 679/135 12.