DE1253342B - Nachlaufregler zur Fernuebertragung einer Bewegung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G05f

Deutsche Kl.: 21c-46/51

Nummer: 1253

Aktenzeichen: K 51347 VIII b/21 c

Anmeldetag: 13. November 1963

Auslegetag: 2. November 1967

Nachlaufregler zur Fernübertragung einer Bewegung

Anmelder:

Kistler Instrumente A. G., Winterthur (Schweiz) Vertreter:

Dipl.-Phys. R. Kohler, Patentanwalt, Stuttgart, Hohentwielstr.

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Walter Paul Kistler, Clarence, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 26. November 1962 (13 827)

Die Erfindung betrifft einen Nachlaufregler zur Fernübertragung einer Bewegung mit einem Geber zur Erzeugung eines Steuersignals und einem in Abhängigkeit von diesem Steuersignal verstellbaren Nachlaufglied, dessen Stellung die Größe eines Kornpensationssignals bestimmt, und mit einer einen Verstärker enthaltenden Vorrichtung zur Verstellung des Nachlaufgliedes bis zur Aufhebung des Steuersignals durch das Kompensationssignal.

Es ist eine solche Vorrichtung bekannt, die mit einem induktiven Geber und mit einem induktiven Rückmelder arbeitet. Diese Vorrichtung verlangt einen absolut symmetrischen Aufbau und kann leicht durch Einflüsse gestört werden, die die Symmetrie des Aufbaues beeinträchtigen. Weiterhin werden bei der bekannten Vorrichtung zur Übertragung der Meßwerte Spannungen benutzt, die bei einem größeren Übertragungsweg in erheblichem Maße durch Fremdeinflüsse beeinflußt werden können. Jeder nicht vorhergesehene Widerstand in einer Leitung ao

führt zu Spannungsabfällen, die nicht berücksichtigt

werden können und daher die Genauigkeit der Nach- ·*

führung beeinträchtigen. Auch können Spannungen

durch Fremdfehler in erheblichem Maße beeinflußt weist, daß in Abhängigkeit von der Stellung des werden. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vor- »5 Stabes ein Gleichstrom einer bestimmten Größe und richtung besteht darin, daß sie mindestens vier Lei- Richtung erzeugt wird, ferner daß der Geber ebenfalls zur Erzeugung eines von seiner Stellung abhängigen Gleichstromes ausgebildet ist und der Gebergleichstrom einer im Bereich des Nachlauf-30 gliedes angeordneten Schaltung zugeführt ist, in der erne von der Differenz der Gleichströme abhängige Spannung erzeugt und einem Verstärker zugeführt wird, dessen Ausgangssignal zur Speisung der elektromagnetischen Verstellvorrichtung des Nachlaufmaschinen, bei denen der Taststift einen kapazitiven 35 gliedes dient.
Geber beeinflußt und bei denen Gleichrichter vor- Die Verwendung eines Gleichstromes zur Übertragesehen sind, Steuerspannungen zu erzeugen, die den gung der vom Geber erzeugten Werte hat den besonauf ein mittleres Glied des Kondensators induzierten deren Vorteil, daß dieser Strom an jeder Stelle der Spannungen proportional sind. Durch diese Maß- Vorrichtung gleich ist und daher mangelhafte Konnahmen werden jedoch die Nachteile der oben be- 4° takte mit unvorhergesehenen großen oder gar wechhandelten Vorrichtung nicht behoben. selnden Übergangswiderständen keine Rolle spielen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen und auch keine Anpassung an die Leitungslänge vor-Nachlaufregler zu schaffen, der die oben behandelten genommen zu werden braucht. Da außerdem nur der Nachteile des bekannten Nachlaufreglers nicht mehr Gleichstromwert übertragen wird, genügen zwei Leiaufweist. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung 45 tungen zum Anschluß der Nachlaufvorrichtungen, dadurch gelöst, daß das Nachlaufglied einen in einem Es ist auch möglich, die den Stromwert übertragende Gehäuse verschiebbaren Stab aufweist, der mit dem Leitung durch mehrere Nachlaufvorrichtungen hinbeweglichen Teil einer elektromagnetischen Verstell- durchzuführen und im Bereich jeder Nachlaufvoreinrichtung und außerdem mit dem beweglichen richtung den Vergleich mit dem in der Nachlaufvor-Glied eines variablen Kondensators versehen ist, der 50 richtung erzeugten Kompensationsstrom zu machen, im Stromkreis einer Wechselspannungsquelle an- so daß es also möglich ist, von einem Geber aus geordnet ist, der eine solche Diodenanordnung auf- mehrere Nachlaufglieder zu steuern.

709 680S12

tungen zur Übertragung und Rückmeldung der Werte benötigt. Schließlich ist es bei der bekannten Vorrichtung auch nicht möglich, mehr als ein Nachlaufglied an den Geber anzuschalten.

Es ist bekannt, daß statt induktiver Meßwertgeber auch kapazitive Meßwertgeber bei solchen Nachlaufreglern verwendet werden können. Es ist auch schon angeregt worden, bei Abtastgeräten für Kopierfräs-

3 4

Der erfindungsgemäße Aufbau des Nachlaufglie- Nachlaufgliedes, der einen variablen Kondensator, des in Form eines in einem Gehäuse verschiebbar einen Hochfrequenzgenerator und eine Diodenanangeordneten Stabes, der mit einer elektromagne- Ordnung umfaßt.

tischen Verstellvorrichtung und zugleich mit dem Der in F i g. 1 dargestellte Nachlaufregler besteht

beweglichen Glied eines zur Regelung des Kompen- 5 aus der Gebereinheit A und einer oder beliebig vielen sationsstromes dienenden variablen Kondensators Empfängereinheiten B, C usw. Die Gebereinheit A verbunden ist, führt zu einem sehr einfachen und enthält eine variable Kapazität, die von einem Zylinsehr robusten Aufbau der Vorrichtung. Von beson- derkondensator mit dem festen Teil 12 und dem bederem Vorteil ist dabei, daß trotz des einfachen Auf- weglichen Teil 13 gebildet wird. Es könnte statt baues das elektromagnetische Feld der Verstellvor- io dessen auch ein Plattenkondensator verwendet werrichtung das rein elektrische Feld des variablen Kon- den. Weiter ist ein Hochfrequenzgenerator 14 vordensators nicht beeinflußt und daher keinerlei Kopp- handen, dessen Ausgang mit der Primärwicklung lungen zwischen diesen beiden Organen und den eines Transformators 15 verbunden ist. Die Sekuaihnen zugehörenden Kreisen zu befürchten sind. Die därwicklung ist einerseits mit dem Kondensatorteil erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich ferner »5 12 und andererseits über eine Diode 16 mit dem durch eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit und beweglichen Kondensatorteil 13 verbunden. Eine eine geringe Trägheit aus, wodurch gewährleistet ist, weitere Diode 17 befindet sich in der an der Stelle 18 daß auch sehr schnelle Bewegungen mit hoher Präzi- angeschlossenen Leitung 19. An der Stelle 20 ist die sion übertragen werden. Leitung 21 angeschlossen.

Bei der Ausführungsform der Erfindung kann der ao Bei einer Bewegung des beweglichen Kondensatorden variablen Kondensator des Nachlaufgliedes ent- teiles 13, die an der Verschiebung längs des Maßhaltende Stromkreis einen gegebenenfalls über einen Stabes 22 erkennbar ist, verändert sich die Kapazität Transformator angekoppelten Hochfrequenzgene- des Kondensators 11 proportional zum ausgeführten rator und zwei einander parallel und gegensmnig geradlinigen Weg. Der Kondensator 11 steht unter zueinander geschaltete Dioden aufweisen. In Serie as der Wechselspannung, die vom Generator 14 erzeugt zu einer dieser Dioden ist dann der Ausgang des und über den Transformator 15 auf den Konden-Geberstromkreises geschaltet, während der Verstär- sator übertragen wird. Der im Sekundärkreis des ker parallel zu der von den beiden Dioden gebildeten Transformators über den Kondensator fließende Serienschaltung angekoppelt ist. Es ist aber auch Blindstrom ist genau proportional zur jeweiligen möglich, statt zwei einander parallel und gegensinnig 30 Kapazität des Kondensators 11 bzw. zu dem auf dein zueinander geschalteter Dioden eine Diodenanord- Maßstab 22 ablesbaren Meßweg, wenn die Frequenz nung zu wählen, die eine Greatz-Schaltung mit vier und die Amplituden des Oszillators 14 konstant biei-Dioden bildet. Auf diese Weise erhält man durch ben und die Diodenanordnung praktisch in Kuiz-Vollweggleichrichtung einen größeren Referenzstrom. schluß arbeiten kann. Der Geber ist also ein Strom-

Zur kapazitiven Wegmessung kann vorteilhaft ein 35 generator mit hohem innerem Widerstand,
variabler Doppelkondensator dienen, dessen eine Die Empfängereinheit B besteht ähnlich wie die

Teilkapazität durch die zu messende Bewegung des Gebereinheit aus einem variablen Kondensator 25 mechanischen Wandlerteiles verkleinert und dessen mit fester Elektrode 26 und beweglicher Elektrode andere Teilkapazität durch diese Bewegung ver- 27, einem Hochfrequenzgenerator 28, einem Transgrößert wird, wobei der Doppelkondensator mit 40 formator 29 und den Gleichrichterdioden 30 und 31. einem Hochfrequenzgenerator und vier Dioden nach Die jeweilige Stellung des beweglichen Kondensator-Art eines Ringmodulators zusammengeschaltet ist; teiles kann am Maßstab 32 abgelesen werden. In hierbei kann es sich ferner empfehlen, in jedem genau gleicher Weise wie die vorstehend geschilderte Zweig der Ringmodulatorschaltung in Serie zu den Gebereinheit erzeugen die genannten Empfänger-Dioden Widerstände anzuordnen. 45 teile einen Gleichstrom, der aber umgekehrt gerichtet

Das Nachlaufglied des Reglers nach der Erfindung ist, weil die Dioden 30 und 31 im umgekehrten Sinn kann weiter zweckmäßig von Gleichstrom aus einer — verglichen mit der Gebereinheit — geschaltet sind. Stromquelle mit hohem Innenwiderstand gesteuert Der Minuspol der Gleichrichterschaltung — näm-

werden, wobei diese Stromquelle entsprechend der lieh die Stelle 33 — ist über die Leitung 19 mit dem Schaltungsanordnung des Nachlaufgliedes ebenfalls 50 Pluspol der Gleichrichteranordnung der Gebereinheit einen Stromkreis mit Hochfrequenzgenerator, varia- verbunden, ferner desgleichen mit der einen Einblem Kondensator und Diodenanordnung aufweisen gangsklemme eines Verstärkers 34. Der Pluspol der kann; jede Veränderung der zum Geber gehörenden Gleichrichteranordnung der Empfängereinheit — Kapazität bewirkt dann eine entsprechende Bewe- d. h. die Stelle 35 — ist über die Leitung 36 und eine gung des mechanischen Nachlaufgliedes. 55 weitere in Serie geschaltete Empfängereinheit C

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der in der sowie über die Leitung 21 mit dem Minuspol der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher Gebereinheit A verbunden (Stelle 20), desgleichen erläutert. Es zeigt aber auch mit der anderen Eingangsklemme des Ver-

F i g. 1 in schematiseher Darstellung einen Nach- stärkers 34. Die Empfängereinheit C ist gleich auslaufregier nach der Erfindung mit einem ein Gleich- 60 gebildet wie die Empfängereinheit B; gleiche Teile strom-Steuersignal erzeugenden Geber und einem sind mit gleichen Bezugszeichen versehen,
von dem Gleichstromsignal gesteuerten Nachlauf- Der Ausgang des Verstärkers 34 geht auf eine

glied, Magnetspule 37, in deren Feld sich der Stabmagnet

Fig.2 in schematiseher Darstellung eine andere 38 befindet. Letzterer ist fest mit der beweglichen Ausführungsform eines Gebers zur Erzeugung des 65 Kondensatorelektrode 27 verbunden. Die ArbeitSr Gleichstrom-Steuersignals und weise der geschilderten Anordnung ist folgende:

F i g. 3 bis 7 verschiedene Ausführungsformen für Sind der in der Gebereinheit A erzeugte Gleich-

den Stromkreis eines erfmdungsgemäß ausgebildeten strom und der in der Empfängereinheit B bzw. C er-

Claims (4)

zeugte Gleichstrom einander gleich, dann ist der Eingang des Verstärkers 34 spannungsfrei und ebenso dessen Ausgang. Infolgedessen geschieht nichts. Bestehen Unterschiede in diesen Strömen, so entsteht im Eingang des Verstärkers 34 eine verhältnismäßig hohe Spannung, und der Verstärker schickt einen Strom in der einen oder der anderen Richtung auf die Spule 37, womit die bewegliche Elektrode 27 des Kondensators 25 nach links oder nach rechts verschoben wird. Diese Verschiebung verändert die Kapazität und damit den im Stromkreis der Empfängereinheit fließenden Strom. Wird derjenige Punkt erreicht, wo der Strom in der Empfängereinheit gleich groß ist wie derjenige in der Gebereinheit A, ergibt sich wieder Spannungsfreiheit am Eingang des Verstärkers 34, und die Elektrode 27 bleibt an der erreichten Stelle stehen. Es wird auch jeder Verschiebung aus dieser Ruhelage hinaus durch einen Strom durch die Spule entgegengewirkt. Werden die entsprechenden Kreise der Geber- und Empfängereinheiten gleich dimensioniert, so entsprechen gleichen Strömen auch gleiche Kapazitäten der variablen Kondensatoren U und 25, und es ergeben sich für die beweglichen Kondensatorteile gleiche Stellungen. Wie erwähnt können mehrere Empfängereinheiten in Serie geschaltet sein. Alle Einheiten müssen sich dann zwangläufig so einstellen, daß die Verstärker am Eingang und am Ausgang stromlos bleiben. Dieser Bedingung entsprechen dann gleiche Stellungen der variablen Kondensatoren. Auf diese Weise bilden die Empfängereinheiten B, C usw. je eine Nachlaufeinheit, die sehr genau mit Hilfe eines von einem Geber erzeugten Gleichstromsignals gesteuert werden kann. An Stelle der geschilderten Gebereinheit A nach F i g. 1 könnte auch die in F i g. 2 dargestellte Gebereinheit A1 benutzt werden, die sich durch einen sehr einfachen Aufbau auszeichnet. Sie enthält eine Batterie 41, ein Potentiometer 42 und einen Widerstand 43. Wird eine Batterie mit hoher Spannung und ein großer Widerstand gewählt, so erhält man wie im Fall der Gebereinheit A eine Stromquelle mit hohem Innenwiderstand. Für die Gleichrichtung des Blindstromes des zur kapazitiven Wegmessung dienenden Kondensators gibt es verschiedene Schaltungen. Die F i g. 3 und 4 zeigen zwei Schaltungen für sogenannte Pumpkreise. Beide Schaltungen benutzen eine Einweggleichrichtung. F i g. 5 zeigt ein Beispiel von Doppelweggleichrichtung in einer Ringmodulatorschaltung. Das Meßsystem nach Fig.6 ist insofern etwas abgewandelt, als es einen Doppelkondensator aufweist, von dessen Teilkapazitäten die eine durch die Bewegung des Folge- oder Nachlaufgliedes verkleinert wird, während die andere vergrößert wird. In der Mittelstellung des Doppelkondensators sind beide Kapazitäten gleich groß, und im Ringmodulator fließt ein Gleichstrom. Am Ausgang der Schaltung tritt keine Spannungsdifferenz auf, da der Strom in sich geschlossen ist und der eine Kondensator in der einen Richtung gleich viel Strom »pumpt« wie der andere in der entgegengesetzten Richtung. Ist das Gleichgewicht gestört, so wird in der einen Richtung mehr Strom gepumpt und die Differenz der Ströme muß sich über 6g den äußeren Meßkreis mit dem Verstärker ausgleichen. Die besondere Eigenart dieses Systems besteht darin, daß Gleichströme in beiden Flußrichtungen erzeugt werden können. Da der innere Widerstand des Verstärkers in den meisten Fällen bedeutend größer ist als der innere Widerstand des Ringmodulators, ist es in vielen Fällen zweckmäßig, den Widerstand des Ringmodulators zu erhöhen, damit der Differenzstrom gezwungen ist, über den äußeren Kreis zu fließen, und nicht einfach über die Dioden abfließt. Eine solche Schaltung mit Zusatzwiderständen R1, R2, Rs und Rt ist in F i g. 7 dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf die behandelten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise könnte der elektrisch-mechanische Wandler auch ein hydraulisch gesteuertes Zwischenglied oder Endglied aufweisen. Patentansprüche:

1. Nachlauf regler zur Fernübertragung einer Bewegung mit einem Geber zur Erzeugung eines Steuersignals und einem in Abhängigkeit von diesem Steuersignal verstellbaren Nachlaufglied, dessen Stellung die Größe eines Kompensationssignals bestimmt, und mit einer einen Verstärker enthaltenden Vorrichtung zur Verstellung des Nachlaufgliedes bis zur Aufhebung des Steuersignals durch das Kompensationssignal, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachlaufglied einen in einem Gehäuse verschiebbar angeordneten Stab aufweist, der mit dem beweglichen Teil (38) einer elektromagnetischen Verstelleinrichtung (37) und außerdem mit dem beweglichen Glied (27) eines variablen Kondensators (25) versehen ist, der im Stromkreis einer Wechselspannungsquelle (28) angeordnet ist, der eine solche Diodenanordnung (30, 31) aufweist, daß die Abhängigkeit von der Stellung des Stabes ein Gleichstrom einer bestimmten Größe und Richtung erzeugt wird, ferner daß der Geber (A) ebenfalls zur Erzeugung eines von seiner Stellung abhängigen Gleichstromes ausgebildet ist und der Gebergleichstrom einer im Bereich des Nachlaufgliedes angeordneten Schaltung zugeführt ist, in der eme von der Differenz der Gleichströme abhängige Spannung erzeugt und einem Verstärker (34) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal zur Speisung der elektromagnetischen Verstellvorrichtung des Nachlaufgliedes dient.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den variablen Kondensator des Nachlaufgliedes enthaltende Stromkreis einen gegebenenfalls über einen Transformator (29) angekoppelten Hochfrequenzgenerator (28) und zwei einander parallel und gegensinnig zueinander geschaltete Dioden (30 und 31) aufweist und daß in Serie zu einer dieser Dioden (31) der Ausgang des Geberstromkreises geschaltet ist, während der Verstärker (34) parallel zu der von den beiden Dioden gebildeten Serienschaltung angekoppelt ist.

3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenanordnung aus einer Graetz-Schaltung mit vier Dioden besteht (F ig. 6).

4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur kapazitiven Wegmessung ein variabler Doppelkondensator dient, dessen eine Teilkapazität durch die zu messende Bewegung des mechanischen Wandlerteils verkleinert und dessen andere Teilkapazität durch diese Bewe-