DE1133012B - Elektrische Zwangssteuerung eines belibigen Teiles aus der Ferne mit Hilfe eines in mehreren Koordinaten bewegten, handbetaetigten Steuerknueppels - Google Patents

Description

• Elektrische Zwangssteuerung eines beliebigen Teiles aus der Ferne mit Hilfe eines in mehreren Koordinaten bewegten, handbetätigten Steuerknüppels Die Erfindung betrifft eine elektrische Zwangssteuerung eines beliebigen Teiles aus der Ferne mit Hilfe eines in mehreren Koordinaten bewegten, handbetätigten Steuerknüppels, bei welcher die Lage eines federnd gelagerten, zentralen Steuergliedes kapazitiv oder induktiv abgetastet wird und die so erhaltenen elektrischen Meßwerte als Steuerimpulse für eine Hilfskraft dienen.
• Bekannte Steuervorrichtungen sind so ausgebildet, daß sie Steuerimpulse nach Maßgabe der Größe und Richtung der Auslenkung eines Steuerknüppels von einer Null-Lage liefern. Dabei ist es häufig erforderlich, die Größe und Richtung der Auslenkung des Steuerknüppels mit den Augen zu kontrollieren. Das ist bei vielen Anwendungsfällen, wo der Bedienungsmann ein Objekt mit den Augen verfolgen muß, sehr störend, weil er seine Aufmerksamkeit wenigstens von Zeit zu Zeit zwischen dem Objekt und dem Steuerglied teilen muß.
• Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Bedienungsmann durch den auf den Steuerknüppel ausgeübten Druck erkennen, wie groß das Steuersignal ist, und dieses feinfühlig regulieren, ohne dabei das gesteuerte Objekt aus den Augen zu lassen. Er kann daher das Steuersignal nach Größe und Richtung genau auf die von ihm beobachtete Bewegung des gesteuerten Objektes abstimmen. Es wird dadurch eine wesentlich bessere Handsteuerung ermöglicht als bei bekannten Steuervorrichtungen, bei denen der Steuerknüppel eine makroskopische Bewegung ausführt und diese Bewegung induktiv abgetastet wird. Selbst wenn der Bedienunasmann dort die Bewegung der steuernden Hand registriert, so erfordert das doch eine Erinnerung an die Ausgangsstellung, von welcher die Stellbewegung ausging, und liefert nur ein ungenaues Maß für die Größe des Steuersignals. Die Folgen davon sind eine geteilte Aufmerksamkeit des Bedienungsmannes und überregelungen, weil das Steuersignal nicht feinfühlig genug an die beobachtete Bewegung angepaßt werden kann. Diese Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden.
• Es sind an sich Kopierfräsinaschinen bekannt, bei denen ein Fühler, der an einer Vorlage oder einem Meisterstück entlangläuft, praktisch starr ausgebildet und gelagert ist und die mikroskopischen Verbiegungen des Fühlers induktiv abgetastet werden und Fühler und Fräser steuern. Dort kommt es natürlich darauf an, daß der Fühler stets eine genau definierte Lage relativ zu den übrigen Maschinenteilen einnimmt, so daß sich dort die starre Ausbildung des Fühlers praktisch von selbst ergibt. Bei der Erfindung hat dagegen die starre Ausbildung des Fühlers einen ganz anderen Zweck, nämlich den, die Größe des Steuersignals durch den auf den Steuerknüppel ausgeübten Druck an der steuernden Hand fühlbar werden zu lassen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und beschrieben. Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Steuervorrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 eine zugehörige Oberansicht; Fig. 3 ist ein Schaltschema der Anordnung zur kapazitiven Abtastung bei einer Steuervorrichtung nach der Erfindung; Fig. 4 ist eine Oberansicht einer abgewandelten Ausführungsforin der Erfindung; Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
• Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung besteht aus einem zentralen Mittelstück 10, das an einem Steuerknüppel 11 sitzt. Der Steuerknüppel 11 ist federnd und an einer Grundplatte 12 befestigt, indem er in diese eingeschraubt ist. Um das Mittelstück 10 herum ist im Abstand davon eine Mehrzahl von Segmenten 13 angeordnet. Die Segmente 1.3 können in einem isolierenden Gehäuse 14 gelagert sein. Sie bilden zusammen mit dem Mittelstück 10 Kondensatoren. Der Steuerknüppel 11 trägt einen Handgriff 15. Die Oberansicht nach Fig. 2 zeigt vier in gleichen Abständen voneinander angeordnete Segmente 13 a, 13 b, 13 c und 13 d.
• Die Segmente 13 können in Brückenschaltungen hegen, so daß sich Wechselstrominipulse ergeben, die nach Amplitude und Phase dem Betrag und der Richtung der auf den Steuerknüppel 11 und das Mittelstück 10 ausgeübten Kraft entsprechen. Eine solche Schaltanordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Handgriff 15 ist in Fig. 3 schematisch so dargestellt, als ob er mechanisch mit Paaren von veränderbaren Kondensatoren 13 a, 13 b und 13 c, 13 d gekoppelt ist. Jedes Paar ist in eine abgeglichene Brücke geschaltet, die außerdem von festen Kondensatoren 16a, 16b bzw. 17a, 17b gebildet wird. An einem Poll8 liegt eine Wechselspannung gegen Erde an, welche die beiden kapazitiven Brücken speist.
• Die so an den Brücken erzeugten Signale werden über geeignete abgeschirmte Leitungen 19 über Kopplungskondensatoren 20 auf die Gitter 21 von aufeinander abgestimmten Gegentaktverstärkern gegeben. Die Anodenkreise sind an Polen 22 mit einer Stromquelle verbunden, während die von den Gegentaktverstärkern erzeugten Ausgangssignale an den Kathodenwiderständen 23 abgegriffen werden. In den Gegentaktverstärkern sind Abgleichkondensatoren 24 vorgesehen.
• Das Gegentakt-Ausgangssignal an den Abgriffen 25 ist eine Wechselspannung, die eine Amplitude und Phase besitzt nach Maßgabe der Kapazitätsänderangen in der Brücke mit den Kondensatoren 13 a, 13 b, 16a und 16b. In ähnlicher Weise ist das Gegentakt-Ausgangssignal an den Abgriffen 26 eine Wechselspannung, deren Amplitude und Phase den Kapazitätsänderungen in der Brücke 13 c, 13 d, 17 a, 17 b entspricht. Die Kapazitätsänderungen in den zwei Brücken hängen ihrerseits von sehr geringen Bewegungen des zentralen Steuergliedes 10, 11 gegenüber den in gleichen Abständen um dieses herum angeordneten Segmenten ab. Durch steife Lagerung des zentralen Teils 10 kann seine maximale Auslenkung in irgendeiner Richtung beispielsweise in der Größenordnung von 1,5 mm oder weniger gehalten werden. Die Anordnung ergibt ein Signal für jede der Komponenten der Auslenkung, bezogen auf die durch die Platten 13 a, 13 b und 13 c, 13 d bestimmten Richtungen.
• Statt Kondensatoren 13 a, 13 b. 13 c, 13 d, 16 a, 16 b, 17 a, 17 b können gegebenenfalls auch Induktivitäten oder ohmsche Widerstände in sinngemäßer Weise vorgesehen werden.
• Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Anordnung enthält, wie die nach Fig. 1 und 2, ein zentral angeordnetes Teil 30 und einander diametral gegenüberliegende Paare von als Kondensatorplatten wirkenden Seginenten 31 a, 31 b, 32 a, 32 b, 33 a, 33 b. In anderer Beziehung ist die Anordnung nach Fig. 4 identisch mit der nach Fig. 1 und 2. Eine Anordnung nach Fig. 4 kann so geschaltet werden, daß sie drei verschiedene Ausgangssignale hefert entsprechend den drei Achsen, welche durch die Paare von einander diametral gegenüberliegenden Segmenten bestimmt werden. Eine andere Möglichkeit ist die, daß jedes Paar von Segmenten von einer Phase einer dreiphasigen Wechselspannung gespeist wird. Dann erhält man Ausgangssignale, deren vektorielle Darstellung in bezug auf die Segmentpaare dem Druck entspricht, der von Hand auf das Steuerglied ausgeübt wird.
• Die Darstellung gemäß Fig. 5 zeigt schematisch eine Steuervorfichtung nach der Erfuidung, die auf verschiedene Weise betrieben werden kann. Eine Arbeitsweise gestattet einem Bedienungsmann die Steuervorrichtung in zwei Achsen zu bedienen, beispielsweise nach Azimut und Höhe. Bei der anderen Arbeitsweise erfolgt die Steuerung in der einen Dimension durch den einen und in der anderen Dimension durch einen anderen Bedienungsmann. Die Anordnung nach Fig. 5 enthält zwei Steuergeräte 35 und 36, von denen jedes ähnlich ausgebildet ist wie das, welches in Fig. 1 und 2 oder 4 dargestellt ist. Die Steuerglieder 37 und 38 der Steuergeräte werden von je einem Bedienungsmann betätigt. Die Bedienungsleute können erforderlichenfalls weit voneinander entfernt postiert sein. Eine Wechselstromquelle, z. B. ein 10-kHz-Generator 39, liefert jedem der Steuergeräte 35 und 36 eine Wechselspannung. In dem System sind zwei Brückenumformer 40 und 41 vorgesehen. Ein Brückenumformer 41 steht in direkter Verbindung mit dem Steuergerät 35. Der andere Umformer 40 ist mit einem Umschalter verbunden, der so angeordnet ist, daß er den Umformer 40 mit jedem der Steuergeräte 35 und 36 verbinden kann. Jeder Brückenumformer ist mit einem entsprechenden Demodulator 43 und 44 verbunden.
• Wenn man einmal der Anschaulichkeit halber annimmt, daß die beiden Achsen, um welche der Hilfsantrieb wirkt, Azimut und Höhe sind, so erzeugt einer der Demodulatoren, beispielsweise der Demodulator 43, ein Höhensignal. Die Steuergeräte 35 und 36 werden von einer üblichen Stromquelle 45 gespeist. Wenn der Schalter 42 sich in der rechten Schaltstellung befindet, wie das in Fig. 5 gezeigt ist, wird das Azimutsignal von dem Steuergerät 36 abgenommen, während das Höhensignal von dem Steuergerät 35 geliefert wird.
• Bei einer anderen Arbeitsweise ist der Schalter 42 in der linken Stellung und das Steuergerät 36 ist vom Ausgangsteil des Systems getrennt, so daß sowohl die Azimut- als auch die Höhensignale von dem gleichen Steuergerät geliefert werden. Man kann die Anordnung erforderlichenfalls durch Überkreuzverbindungen zwischen den Steuergeräten 35 und 36 und den beiden Ausgangskanälen mittels geeigneter Umschaltvorrichtungen leicht so ausbilden, daß die Steuerimpulse für jede der Achsen oder für beide Achsen wahlweise von jedem einzelnen der Steuergeräte 35 und 36 erzeugt werden können.
• Die Steuervorrichtung nach der Erfindung läßt sich sehr stabil ausbilden und ist weitgehend unbeeinflußt von Fehlerquellen, die durch Schwingungen, plötzliche Beschleunigungen, Stoß od. dü bedingt sein könnten. Sie ist daher insbesondere auch fÜr niffitärische Anordnungen besonders geeignet.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Zwangssteuerung eines beliebigen Teiles aus der Ferne mit Hilfe eines in mehreren Koordinaten bewegten, handbetätigten Steuerknüppels, bei welcher die Lage eines federnd gelagerten, zentralen Steuergliedes kapazitiv oder induktiv abgetastet wird und die so erhaltenen elektrischen Meßwerte als Steuerimpulse für eine Hilfskraft dienen, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Steuerglied in bei Nachformwerkzeugmaschinen an sich bekannter Weise von einem elastisch federnden, fast starren Steuerknüppel gebildet wird. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (10, 11) mit einer Mehrzahl von segmentartigen, in gleichen Abständen um das Steuerglied (10, 11) herum angeordneten Platten (13 «, 13 b, 13 c, 13 d in Fig.
2. 2) Kondensatoren bildet und jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Kondensatoren (13 a, 13 b bzw. 13 c, 13 d) in zwei Zweige einer Wechselstrombrücke geschaltet sind (Fig. 3). 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein in zwei Dimensionen verstellbares Steuerglied (10, 11) wenigstens zwei gegeneinander versetzte Kondensatorpaare (13 a, 13 b bzw. 13 c, 13 d) veränderbar und dadurch zwei verschiedene Stellgrößen, beispielsweise Höhe und Azimut, steuerbar sind. 4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Stellgrößen wahlweise von einer zweiten entsprechend ausgebüdeten Steuervorrichtung (36) steuerbar ist (Fig. 5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 835 168, 883 864, 908 921; deutsche Auslegeschrift Nr. 1035 540; französische Patentschrift Nr. 1153 152; USA.-Patentschriften Nr. 2 490 629, 2 673 951.