DE1448795C - Meßumformer zum Bestimmen der Große und Richtung der Bewegung eines Wellen bildmusters - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Meßumformer zum zugssystem bewegt, das durch den Werkzeugrahmen Bestimmen der Größe und Richtung der Bewegung gebildet wird. Es zeigt

eines sich hinsichtlich eines Bezugsgebildes in der Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines erfin-

einen oder anderen von entgegengesetzten Richtun- dungsgemäßen Meßumformers,
gen bewegenden sinusförmigen Wellenbildmusters 5 Fig. 2 das Schaltbild einer in Fig. 1 schematisch mit mindestens zwei Abtasteinrichtungen, die an dargestellten Schaltstufe und

einer gleichen Anzahl von Punkten elektrische Aus- F i g. 3 bis 6 Schaltbilder weiterer Teile des Meßgangssignale in Abhängigkeit von dem Zustand des Umformers nach Fig. 1.

Wellenbildmusters erzeugen, wobei diese Ausgangs- Der Meßumformer nach Fig. 1 verwendet ein

signale in jedem gegebenen Augenblick proportional io Muster 10 mit sinusförmiger Wellenform. Dieses zum Sinus bzw. Kosinus eines einen Zustand des Muster kann ein optisches Muster sein. Das Muster Musters in diesem Augenblick darstellenden Winkels 10 bewegt sich mit dem nicht dargestellten Werksind, ferner mit einem Kosinus- und einem Sinus- tisch an zwei Positionen 11 und 12 vorbei,.die gegen-Potentiometer, die mit Abgriffen versehen sind, wo- über dem Werkzeugrahmen festliegen. Die Stellungen bei das Sinussignal an das Kosinus-Potentiometer 15 des Musters an diesen beiden Positionen sind um 90° und das Kosinussignal an das Sinus-Potentiometer außer Phase zueinander und können somit durch die geführt wird. Ausdrücke sin Θ und cos Θ dargestellt werden, wobei Θ

Es ist eine Schaltungsanordnung zum Messen der selbst die Winkellage des Musters gegenüber einem Größe und Richtung eines Musters bekannt, bei Bezugspunkt am Werkzeugrahmen angibt,
welcher zwei oder mehr voneinander entfernte Ab- 20 Zur Erzielung einer entsprechenden elektrischen tasteinriclitungen verwendet werden, die auf die Anzeige dieser Stellungen des Musters sind zwei Abstellung des Musters ansprechen. Es ist ferner be- tastvorrichtungen in Form von Fotozellen 21 und 22 kannt, die von den Abtasteinrichtungen gelieferten vorgesehen, die ebenfalls ortsfest gegenüber, dem Impulse unter Berücksichtigung ihres Vorzeichens Werkzeugrahmen sind. Auf Grund der vorstehend zu summieren, wobei die Gesamtsumme der Im- 25 angegebenen Phasenbeziehung sind die Ausgangssipulse die Größe der Bewegung angibt. gnale der Fotozellen beim Vorbeigang des Musters

¹ Bei den bekannten Schaltungsanordnungen kann um 90° gegeneinander phasenverschoben und pronun eine Fehlzählung der Impulse auftreten, wenn portional zu sin Θ bzw. cos 0. Das von der Fotoz. B. die zu messende Bewegung so schnell ist, daß · zelle 21 gelieferte Signal wird über eine Verstärkerdie sie darstellenden Impulse so rasch aufeinander- 30 stufe 15 auf eine Phasenteilerstufe 17 gegeben, deren folgen, daß sie vom Zähler nicht mehr vollständig ausgeglichene Gegenphasenausgänge mit einem Koerfaßt werden. Dieselbe nachteilige Wirkung kann sinus-Potentiometer 19 verbunden sind. In gleicher durch Schwingungsbewegungen des zu messenden Weise werden die von der Fotozelle 22 gelieferten Musters oder Objektes hervorgerufen werden. Schließ- Signale über eine Verstärkerstlife 16 auf eine Phalich können auch bei einer plötzlichen Bewegungs- 35 senteilerstufe 18 gegeben, die mit einem Sinus-Potenumkehr Impulse verlorengehen, wenn der Zähler tiometer 20 verbunden ist. Unter einem »Kosinusinfolge seiner Trägheit nicht schnell genug aus der Potentiometer« wird ein Potentiometer verstanden, Additionsschaltung in die Subtraktionsschaltung um- das mit Abgriffen versehen ist, die so angeordnet schaltet. sind, daß die Spannung an einem dieser Abgriffe dem

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, 40 Kosinus des Winkes entspricht, den dieser Abgriff einen Meßumformer der eingangs genannten Art zu darstellt. Entsprechend verhält es sich mit dem schaffen, bei welchem Fehlzählungeh von Impulsen »Sinus-Potentiometer«.

praktisch ausgeschaltet sind. Das Kosinus-Potentiometer 19 ist an sechs Stellen

.Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch elek- angezapft, die alle im gleichen Winkelabstand von tronische Schalter mit einem Transistor für jeden 45 36° angeordnet sind, so daß die Abgriffe den Winkel-Abgriff, um die Abgriffe der Potentiometer gleich- bereich von 0 bis 180° erfassen. Dabei erweist sich zeitig anzuschalten, ferner durch einen an sich be- von Vorteil, daß der Bereich eines Kosinus-Potenkannten, in zwei Richtungen arbeitenden Impuls- tiometers von 0 bis 180° dem Bereich von 180 bis zähler mit Ziffern-Stufen, von denen jede einem be- 360° gleicht, so daß mit den gleichen Abgriffen auch stimmten Abgriff an jedem Potentiometer zugeordnet 50 der zuletzt genannte Bereich dargestellt werden kann, ist, ferner durch Steuereinrichtungen zum Steuern Mit den sechs Abgriffen wird also der gesamte jeder Ziffern-Stufe, ferner durch einen Impulsgene- Winkelbereich von 360° mit. den zehn einzelnen rator, der über ein" Additionstor und ein hierzu Winkellagen 0, 36, 72 ... 324° erfaßt. Wie später paralleles Subtraktionstor, die beide abhängig vom noch beschrieben wird, können die Abgriffe in AbSinne der Spannungsdifferenz der eingeschalteten 55 hängigkeit von den zehn Ziffern 0 bis 9 ausgewählt Abgriffe über einen Differenzverstärker geöffnet werden. Die Endabgriffe sind mit CTO und CT5 bewerden, sowie über ein Oder-Tor mit dem Zähler zeichnet, da sie nur die Winkel 0 (oder 360°) bzw. verbunden ist, um in Abhängigkeit von der Diffe- 180° bezeichnen. Die anderen Abgriffe sind dagegen renz zwischen der Ausgangsspannung der ange- mit CT1/9 (die Winkel 36 und 324° darstellend), schalteten Abgriffe und einer vorgegebenen Span- 60 CT2/8 (72 und 288°) usw. bezeichnet,
nung den Zähler zu betätigen und in der Rieh- Die Abgriffe sind einzeln durch Schalter CSO,

tung auf eine Ziffern-Stufe zu bringen, in der die CSl/9 usw. mit einer gemeinsamen, dem Potentio-Spannungsdifferenz zum Verschwinden gebracht meter 19 zugeordneten Ausgangsleitung 25 verbunden, wird. Das Potentiometer 20 ist in gleicher Weise mit Ab-

Eine beispielsweise Ausfiihrungsform der Erfin- 65 griffen im Abstand von 36° verschen. Da dieses dung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung er- Potentiometer jedoch als Sinus-Potentiometer verläutert, wobei das Muster sich mit dem Werktisch wendet wird, wird der Bereich von 360° durch die eines Maschincnwcrkzcugcs relativ zu einem Be- fünf Abgriffe ST0/S (die Winkt! 0 und 180° dar-

stellend), ST 1/4 (36 und 144°), ST2/3 (72 und 108°), ST 6/9 (216 und 324°), und ST7/8 (252 und 288°) erfaßt, von denen der Abgrill ST0/5 einen Mittelpunktsabgriff darstellt. Diese .Abgriffe sind einzeln über Schalter SSO/5, SS1/4 usw. mit einer dem Potentiometer 20 zugeordneten Ausgangsleitung 26 verbunden.

Der Einfachheit halber sind die Schalter CS und SS als elektromechanische Schalter in F i g. 1 dargestellt. Im allgemeinen werden jedoch elektronische Schalter verwendet, wie sie nachstehend beschrieben werden.

Die Leitungen 25 und 26 sind mit dem Eingang eines Differenzverstärkers 27 verbunden, dessen Ausgang ein' Fehlersignal zur Steuerung der Additionsund Subtraktionstore GA und GS liefert, die parallel zueinander mit dem Ausgang eines Impulsgenerators 31 verbunden sind. Die Ausgangsseiten der Tore werden zur Steuerung einer Schaltung 32 mit zwei Schaltstellungen verwendet, deren Ausgang über Leitungen 33 mit den Additions/Subtraktions-Steuerungsschienen eines Hauptzählers 34 und eines phasenstarren Impulszählers 35 verbunden sind. Die Ausgänge der Tore sind ferner mit der Eingangsseite eines Oder-Tores 36 verbunden, dessen Ausgang das Betriebssignal für beide Zähler liefert.

Der Zähler 34 ist ein Zähler mit mehreren Dekaden, der in zwei Richtungen zählen kann und. der zur Anzeige der algebraischen Summe der dem Zähler 35 zugeführten Impulse und damit zur Anzeige der Stellung des Werktisches dient.

Der Zähler 35 ist ein elektronischer Zweirichtungszähler mit einer einzigen Dekade mit zehn Ausgängen in Form von Ziffern-Stufen D 0 bis D 9, die die entsprechenden Ziffern des Zählers darstellen. Die Ausgangsleitung jeder Stufe ist jeweils nur einem Winkel zugeordnet, der durch einen Abgriff an jedem Potentiometer dargestellt ist. Diese Leitungen sind in F i g. 1 nur durch die gestrichelte Linien 37 so verbunden, daß sie die Schalter CS und SS steuern. Sie sind im Vergleich miteinander so erregt, daß, wenn der Zähler die Ziffer 0 hält und folglich die entsprechende Ausgangsleitung DO aktiviert ist, nur die Schalter CSO und SSO/5 geschlossen sind, wobei sie die entsprechenden Abgriffe mit den • Leitern 25 bzw. 26 verbinden. Hält der Zähler die Ziffer 1, sind nur die Schalter CS1/9 und SS1/4 geschlossen usw. Ein schrittweises Schalten des Zählers 35 von der Ziffer 0 zur Ziffer 9 und zurück zur Ziffer 0 bewirkt, daß die Abgriffe über einen Bereich von 360°, bei 0° beginnend und wieder bei 0° endend, abgetastet werden, wobei sie bei einem bestimmten Wert Φ beispielsweise in den entsprechenden. Potentiometern die durch die augenblicklich zugeschalteten Abgriffe dargestellten Winkel gleich halten. Das Ausgangssignal auf der Leitung 25 ist daher immer proportional dem Produkt aus cos Φ und der an das Potentiometer 19 gelegten Spannung. Das Ausgangssignal auf der Leitung 26 ist proportional dem Produkt von sin Φ und der das Potentiometer 20 erregenden Spannung..

. Befindet sich das Muster um den Winkel θ vom Ausgangspunkt entfernt, wird das Potentiometer 19 proportional zu sin Θ erregt und liefert somit über die Leitung25 eine Spannung, die proportional.dem Produkt sin 0 -(- cos Φ ist. In gleicher Weise; liefert das Potentiometer 20 über die Leitung 26 eine Spannung, die proportional dem Produkt aus cos Θ und sin Φ ist. Der Ausging des Differenzverstärkers 27 liefert somit ein Fehlersignal, das von der Differenz zwischen diesen Spannungen abhängt, d. h. von:

(sin Θ ■ cos Φ) — (cos Θ ■ sin Φ) — sin (Θ — Φ).

Für kleine Winkelunterschiede (bis zu etwa 20°) kann für sin (Θ — Φ) gleich (Θ — Φ) gesetzt werden.

Richtung und Größe dieses Fehlerausgangssignals des Verstärkers 27 bewirken, daß das Tor GA geöffnet wird, wenn Φ kleiner ist als θ, bis zu einer Größe von mindestens der Hälfte der Winkeldifferenz zwischen den einzelnen Abgriffen, d. h., wenn Θ mehr als 18° -größer ist als Φ. Dagegen wird das Tor GS geöffnet, wenn Θ bis zum gleichen Maße kleiner als Φ wird. Wie später erklärt werden wird, bewirkt diese Richtungsunterscheidung, daß der Zähler so betrieben wird, daß er die Abgriffe nacheinander in einer Richtung zuschaltet, in der das Fehlersignal aufgehoben werden kann.

Es soll angenommen werden, daß sich bei Inbetriebnahme der Werktisch zunächst in einer Ausgangsposition befindet, in der Θ den Bezugswert 0° hat. Außerdem soll angenommen werden, daß der Zähler 35 auf die Ziffer 0 geschaltet ist und dementsprechend nur die Schalter CSO und SSO/5 geschlossen sind, und daß jede Dekade des Zählers 34 ebenfalls· auf der Ziffer 0 steht. Wenn diese beiden Schalter geschlossen sind, ist der Winkel Φ, der durch den zugehörigen Abgriff dargestellt ist, gleich 0°. Es sind also Θ = Φ, so daß kein Ausgangssignal am Verstärker 27 auftritt. Die Tore GA und GS sind also beide geschlossen, und keiner der fortlaufend vom Impulsgenerator 31 erzeugten Impulse kann zu den Zählern gelangen.

Angenommen, der Tisch und damit das Muster bewegte sich vorwärts, so steigt der Wert für Θ an. Mit dem noch untätigen Zähler 35 bleiben die Schalter CSO und SSO/5 geschlossen und halten Φ auf 0°. Der Verstärker 27 beginnt daher ein Fehlersignal zu erzeugen, das jedoch nicht sofort stark genug ist, um eines der Tore zu beeinflussen. Sobald Θ jedoch 18° überschreitet, reicht, das erzeugte Fehlersignal aus, um eines der Tore zu öffnen, und zwar im vorliegenden Falle das Tor GA, da Φ kleiner ist als Θ. Der nächste vom Impulsgenerator 31 erzeugte Impuls gelangt also durch das Tor GA. Dieser Impuls hat zwei Wirkungen: er stellt die Schaltung 32 in ihre Additionsstellung (wenn sie nicht bereits' in dieser Stellung ist), so daß beide Zähler in ihre Vorwärtszählstellung gebracht sind, und gelangt über das Tor 36 auf die Zähler, um jeden um eine Ziffer vorzustellen, -(^i · . .

Die Wirkung des Weifcerschaltens des Zählers 35 besteht darin, daß die Schalter CSO und SSO/5 geöffnet und die Schalter CS1/9 und SS1/4 geschlossen werden, wodurch der Winkel Φ in jedem Potentiometer auf 36° vergrößert wird; Φ also Θ nachgestellt und möglichst gleichgestellt wird. Dadurch geht das Fehlersignal nach Null, und wenn die Winkeldifferenz kleiner als 18° wird, reicht das Fehlersignal nicht mehr aus, das Tor GA (bzw. GS) offenzuhalten, und es gelangen keingtwciteren Impulse zu den Zählern, bis Θ wiederum gegenüber dem neu eingestellten Wert Φ eine Differenz von mehr als 18° erreicht hat.

Die Bewegung des Musters ist also begleitet von einem entsprechenden Umschalten zwischen benachbarten Potcntiometcrabgrillcn durch den Zähler 35, wodurch eine schrittweise Änderung des Winkels Φ jeweili nach einem Zuwachs des sich stetig ändern-

den Winkels Θ von einem halben Teilungswinkel (18°) erzielt wird. Die zum Zähler 34 gelangenden Impulse werden dort addiert, und aus ihrer Gesamtsumme ergibt sich eine Anzeige der Stellung des Tisches.

Sollte sich der Tisch aus einer vorgerückten Stcllung.zurückbewcgen, so wird θ kleiner als Φ. Die Folge davon ist, daß nunmehr durch das Fehlersignal bei einer ausreichend großen Winkeldiilerenz das Tor GS geölTnet und die Schaltung 32 ausgelöst wird, während die Zähler in ihre Subtraktionsstellung geschaltet werden. Der Zähler 35 zählt nun in der umgekehrten Richtung wiederum in Anpassung des Wertes von Φ an den Wert Θ. Im Zähler 34 werden die Impulse von der Gesamtsumme abgezogen, wodurch der verringerte Abstand des Tisches von seiner Ausgangsbezugsstellung angezeigt wird.

Der Zähler wird also von den Impulsen in einem Richtungssinne betätigt, der vom Richtungssinn der Differenz zwischen den Spannungen auf den mit den zugeschalteten Abgriflstellen verbundenen Leitungen 25 und 26 abhängt, und zwar, sobald diese Differenz einen ,vorbestimmten .Wert,'der durch eine Winkeldiflerenz von 18° zwischen der Stellung des Musters und dem Schaltzustand der Potentiometer bestimmt ist, überschreitet.

Wenn die Tischbewegung aufhört, arbeitet der Meßumformer so lange weiter, bis Φ in der Nähe von Θ liegt und die Stärke des Fehlersignals nicht mehr zum Schalten der Tore GA und GS ausreicht. Dann gelangen keine Impulse mehr zu den Zählern, und die im Zähler gehaltene Summe zeigt die vom Tisch eingenommene Ruhestellung an.

Sollte eine kurze, vorübergehende Bewegung des Tisches eintreten, die schneller ist als die Grenzensprechgeschwindigkeit des Meßumformers, die durch die Folgegeschwindigkeit der vom Impulsgenerator 31 gelieferten Impulse bestimmt wird, so tritt kein bleibender Fehler auf, solange Φ nicht um mehr als die Hälfte einer Periode des Musters hinter Θ nacheilt, denn nach dem Aufhören dieser vorübergehenden Bedingung arbeitet die Vorrichtung weiter, bis Φ Θ eingeholt hat, ohne daß irgendwelche Impulse verlorengehen.

Die Vorrichtung arbeitet auch in der vorstehend beschriebenen Weise, wenn irgendein momentanes Versagen von einem der Zähler eintreten sollte, beispielsweise durch das verspätete Auslösen eines Multivibrators. Die Charakteristik der Vorrichtung erlaubt es, den Hauptzähler kurzzeitig anzuhalten, um beispielsweise eine automatische Ablesung vorzunehmen, während der Meß- und Steuerprozeß als solcher insgesamt ununterbrochen weiterlaufen kann. Jeder Impuls in den Zählern stellt ein Zehntel der Tischbewegung dar, die durch eine Periode des Musters dargestellt wird. . .

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein unechter, an den Zählern ankommender, von den Fotozellen oder selbst von einer lokalen Interferenzquelle ausgehender Impuls nur eine augenblickliche Fehlanzeige der Zähler bewirkt, da, sobald der Impuls aufgehört hat, die Zähler automatisch in ihre echte Phasenlage zu den Zellenausgängen'zurückgestellt werden. _r

Um zu gewährleisten, daß der bei irgendeiner Um-. kehrung der Bewegungsrichtung des Musters auf-^; tretende Impuls Zeit hat, die Schaltung 32 zu betätigen und damit jeden Zähler in die andere Zählrichtung umzuschalten, ehe der Impuls den Zählern zugeführt wird, kann eine Verzögerungsstufe 36 notwendig werden, wie sie in F i g. 1 zwischen dem Oder-Tor 36 und den Zählern gestrichelt angedeutet ist.

Wie bereits erwähnt, sind die Schalter CS und SS vorzugsweise elektronische Schalter. Eine vorteilhafte Ausführung eines solchen Schalters — beispielsweise de's Schalters CS1/9 — ist in Fig. 2 dargestellt. Der zugeordnete Abgriff CT1/9 ist mit der Leitung 25 über zwei einander entgegengesetzte Punkte einer Gleichrichterbrücke 41 verbunden, deren andere beiden_ei einander entgegengesetzten Punkte mit dem Emitter bzw. dem Kollektor eines Transistors 42 verbunden sind. Die Basis des Tran-. sistors 42 ist über einen Widerstand 43 mit der Kollektorelektrode eines weiteren Transistors 44 verbunden, die außerdem über einen Widerstand 45 an eine negative Spannungsquelle gelegt ist. Der Emitter

ao ist an eine positive Spannungsquelle gelegt. Die Basis ist mit dem Abgriff eines Widerstandes 46 verbunden, der zwischen einer positiven und einer negativen Spannungsquelle in Reihe mit einem Widerstand 47 liegt. Die Ausgänge der Ziffernstufe 1 und der Ziffernstufe 9 des Zählers 35 sind mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 46 und 47 über die Dioden 48 bzw. 49 verbunden (um eine gegenseitige Beeinflussung der Schalter zu vermeiden). Jede Diode ist so gepolt, daß sie leitet, wenn der Ziffernstufenausgang positiv ansteigt und damit das Vorliegen dieses Ziffernwertes anzeigt.

Die Brücke leitet für den Fall, daß das Potential des Abgriffes Cr 1/9 ■— wie indirekt durch die Ausgangsspannung der Fotozelle 21 bestimmt — oberhalb oder unterhalb des Potentials der Leitung 25 liegt, das durch die Eingangsvorspannung des Verstärkers 27 bestimmt wird. Wenn der Transistor 42 leitet, nimmt die Leitung 25 über die Brücke das Potential des Abgriffes Cr 1/9 an, wodurch der Abgriff effektiv zugeschaltet ist, unabhängig vom Vorzeichen der Potentialdifferenz. Wenn der Transistor gesperrt ist, ist der Strompfad zwischen dem Abgriff CT1/9 und der Leitung 25 unterbrochen. Die der'Basis des Transistors 42 vom Zähler 35 über den Transistor 44 zugeführten Potentiale sind so gewählt, daß der Transistor hur leitend ist und das Potential des Abgriffes CT1/9 auf die Leitung 25 gelangt, wenn der Zähler entweder die Ziffer 1 oder-9 hält. Der Transistor 44 dient zum Modifizieren derGleichstromsignale der Zifferhausgänge des Zählers 35 sowohl hinsichtlich der Richtung als auch der Größe, wodurch gewährleistet wird, daß der Trasistor 42 bei diesen Signalen voll geschaltet wird.

Der Ausgang der Ziffernstüfe 1 des'Zählers 35 ist

über eine weitere Diode 48¹ mit. dent Schalter 551/4, und der Ausgang der Ziffernstuie 9 über "eine Diode 49¹ mit dem Schalter 556/9 verbunden. Jeder dieser Schalter ist ähnlich dem bereits beschriebenen Schalter CS1/9 aufgebaut.

Von allen anderen Ziffernäusgängen des Zählers 35 führen Verbindungen über nicht dargestellte Dioden zu den zugeordneten anderen Schaltern.

Wenn der Zähler von Ziffein'.zu Ziffer weiterschreitet, erfolgt eine Weiterschaltung zwischen den Abgriffen, wenn die entsprechenden Transistoren leitend werden.

Die Abgriffe werden vorzugsweise mit Hilfe eines Zählers weitergeschallet, der unabhängig vom Haupt-

ist so justiert, daß der Ausgang des !Comparators gleich 0 ist, wenn E den gewünschten, der geforderten Intensität des Lichtes der Lampe 55 entsprechenden Wert hat. Irgendeine Abweichung der Licht-5 intensität von dem gewünschten Wert erzeugt im Komparator 53 ein Fehlersignal mit entsprechendem Vorzeichen, das den Regulator 54 einschaltet, um die Lampe auf die gewünschte Helligkeit zurückzustellen. In den bisher beschriebenen Schaltungen wird die

Zähler ist, selbst dann, wenn, wie vorstehend beschrieben, der Hauptzähler die Grundmeßeinheit in die erforderliche Anzahl von Schritten aufteilt, da der Zähler 35 notwendigerweise phasenstarr zu dem Muster sein muß und daher nicht auf 0 zurückgestellt werden kann, wenn nicht das Muster in seine stets gleiche Ausgangsstellung zurückgestellt ist. Bei einem unabhängigen phasenstarren Zähler kann der Hauptzähler auf 0 zurückgestellt werden, sobald das

Muster in irgendeine willkürliche und passend ge- ίο Vorrichtung umgeschaltet, sobald Φ gegenüber Θ um wählte Stellung gebracht worden ist. mehr als eine halbe Periode des Wellenmusters nach-

Es ist wünschenswert, daß das Muster mit gleich- eilt oder voreilt, d. h., daß dann Impulse subtrahiert mäßiger Intensität beleuchtet wird, da anderenfalls. _;> anstatt addiert werden oder umgekehrt. Es ist jedoch die resultierenden Schwankungen der Fotozellen- unwahrscheinlich, daß eine solche Umschaltung einausgangssignale entsprechende Schwankungen des 15 tritt, wenn nicht ein Fehler auftritt. Um in einem Fehlersignals hervorrufen können, die ausreichen solchen Fall ein Warnsignal oder eine andere Ankönnen, um die Tore GA und GS in unerwünschter zeige zu bewirken, kann der Meßumschalter nach Weise zu öffnen, so daß eine falsche Zahl von Im- Fig. 1 mit einer in Fig. 4 dargestellten Hilfsschalpulsen zu den Zählern gelangt. Um eine ausreichende tung versehen werden. Diese Hilfsschaltung berück-Konstanz der Lichtintensität zu erzielen, kann eine 20 sichtigt den Umstand, daß ein derartiger Fehler Schaltungsanordnung nachFig. 3 verwendet werden. durch zu viele, beispielsweise mehr als drei vom In ihr ist ein weiteres Sinus-Potentiometer vorge- Impulsgenerator 31 zu den Zählern gelangenden aufsehen, in dem das Kosinus-Potentiometer 19 (von einanderfolgenden Impulse bewirkt wird. Die Ausdem nur ein Teil dargestellt ist) zusätzlich fünf, ent- gangsimpulse des Oder-Tores 36 werden deshalb zusprechend der Sinusfunktion angeordnete Abgriffe 25 sätzlich als Eingangssignale auf einen Hilfszähler 61 S¹ Γ 0/5, S¹T1/4 usw. erhält. In gleicher Weise ist das gegeben, der als binärer Zweistufenzähler aufgebaut Sinus-Potentiometer 20 mit zusätzlichen sechs, ent- ist. Dieser Stufe wird jeder Impuls des Impulsgenesprechend der Kosinus-Funktion angeordneten Ab- rators 31 in der Weise zugeführt, daß er den Zähler griffen C¹TO, C^lTll9 usw. versehen, wodurch ein auf eine Bezugszahl, im allgemeinen 0, zurückstellt, weiteres Kosinus-Potentiometer geschaffen wird. 30 sobald kein synchroner Impuls vom Tor 36 erscheint. Diese zusätzlichen Abgriffe sind durch Schalter Das überschüssige Ausgangssignal oder Übertra-5^0/5, S¹SlM usw. mit einer Ausgangsleitung 25 ^l
bzw. über Schalter C¹SO, C^JSl/9 usw. mit einer Ausgangsleitung 26¹ verbunden. Die Schalter entsprechen
der in F i g. 2 dargestellten Ausführung. Sie werden 35
durch zusätzliche Steuereinrichtungen in gleicher
Weise durch die Ziffernausgänge des Zählers 35 gesteuert und arbeiten wieder über Dioden, um unerwünschte Zwischenverbindungen zwischen den Schaltern zu verhindern. So wird der Ziffernausgang 1 mit 40 Tore GA und GS für die vom Impulsgenerator 31 dem Ziffernausgang 9 zur Steuerung der Schalter kommenden Impulse geschlossen, ehe vier von ihnen

durchgegangen sind. Der erste gesperrte Impuls des Impulsgenerators, der den Zähler 61 erreicht, ohne daß dort auf dem additiven Eingang ein synchroner

hängigkeit von E ■ sin θ ■ sin Φ und die Leitung 26¹ 45 Impuls vom Tor 36 erscheint, stellt die Stufe auf 0 in Abhängigkeit von E ■ cos θ · cos Θ erregt, wobei zurück. Solange also nicht vier aufeinanderfolgende

Impulse zum Zähler gelangen, wird die Stufe 61 nicht wirksam und keine Fehlerwarnung abgeben.

Wo es notwendig ist, die Vorrichtung gegen Ver-

Die Leitungen 25¹ und 26¹ sind mit den Eingängen 50 Schiebungen von Schaltkreiskonstanten zu stabilieiner Summier-Verstärkerstufe 51 verbunden, deren sieren, können an Stelle von zwei Fotozellen vier ,,Ausgangsspannung in einem Komparator 52 mit Fotozellen verwendet werden. Wie in F i g. 5 dargeeiner vorbestimmten Vergleichsspannung verglichen stellt ist, sind vier Zellen 21 bis 24 vorgesehen, die wird, die über einen verstellbaren Abgriff von einem auf die Stellung des Musters 10 in den Positionen Ϊ1 an eine feste Spannung gelegten Potentiometer 53 55 bis 14 ansprechen; die jeweils gegeneinander um 90° abgenommen wird. Die Ausgangsspannung des Korn- versetzt sind. Die Ausgänge der Fotozellen 21 und parators, die nach Größe und Richtung von der 23, die entsprechend in Gegenphasen liegen, werden Differenz zwischen den beiden ihm zugeführten dem Potentiometer 19 über einen Differenzverstärker Spannungen abhängt, wird über einen Regulator 54 65 zugeleitet, der zwei Transistoren aufweisen kann, zur Steuerung der Helligkeit der das Muster beleuch- 60 von denen jeder einer Fotozelle zugeordnet ist, und tenden Lampe 55 verwendet. . die sich beide in eine gemeinsame Emitterbelastung

gungssignal von der Ziffer drei zur Ziffer vier der Stufe wird über einen Leiter 62 zu der Anzeigeschaltung geleitet.

Im Betrieb wird der Hilfszähler 61 nur ein Übertragungssignal entwickeln und dadurch ein Warnsignal abgeben, wenn er einen vierten Impuls vom Tor 36 empfängt. Unter normalen Betriebsbedingungen, wenn sich Φ nahe Θ hält, werden die

CS1/9 und C¹ S1/9 und mit dem Ziffernausgang 4 zur Steuerung der Schalter551/4 und S¹SlM verwendet. Die Leitung 25¹ wird auf diese Weise in Ab-

E die Amplitude der auf die Potentiometer gegebenen Signale ist, die selbst von der Helligkeit der Lichtquelle abhängt.

Im Betrieb ist die Ausgangsspannung des Verstärker 51 proportional '.

E ■ (sin W · sin Φ 4 cos θ · cos Φ) = E-cos(e - *)äs£,

wenn, wie es gewöhnlich der Fall sein wird, θ ungefähr gleich Φ ist. Der Läufer des Potentiometers 53

teilen. Die gegenphasigen Ausgangssignale der Zellen 22 und 24 werden über einen gleichen Differenzverstärker 66 dem Potentiometer 20 zugeführt.
65 Wenn zur Stabilisierung die Verwendung von drei Fotozellen bevorzugt wird, die auf die Stellung des Musters in Abständen von 120° ansprechen, können die um 90° gegeneinander versetzten Speisespan-

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nungen für die Potentiometer 19 und 20 durch eine Schaltung gemäß Fig. 6 gewonnen werden.

In dieser Schaltung sind drei Transistoren 71 bis 73 auf eine gemeinsame Emitterbelastung 74 geschaltet. Die Kollektorelektroden der Transistoren sind über Belastungswiderstände 75 bis 77 an Erdpotential gelegt und miteinander durch eine Ringanordnung von Widerständen 81 bis 83 verbunden, die eine Phasenumformerstufe bilden. Die drei nicht dargestellten Fotozellen sind jeweils mit einer Basis der drei Transistoren verbunden; falls notwendig, jeweils über eine Verstärkerstufe. Die um 90° gegeneinander versetzten Ausgangssignale werden über passend angeordnete Abgriffe am Widerstandsring 81 bis 83 angenommen. Der Ring wirkt wie eine in Dreieck geschaltete Netzbelastung auf die von den Zellen gelieferte Dreiphasen-Speisespannung und liefert so alle Phasenwinkel, angefangen von 0° (beispielsweise am Abgriff 84, an dem der Kollektor des Transistors 71 mit dem Ring verbunden ist) über den Winkel 90° (am Abgriff 85 nach drei Vierteln des Weges entlang dem Widerstand 81), den Winkel 180° (am Abgriff 86 in der Mitte des Widerstandes 82 und diametral gegenüber dem Abgriff 84), den Winkel 270° (am Abgriff 87 des Widerstandes 83, diametral gegenüber dem Abgriff 85) usw. Das Kosinus-Potentiometer 19 ist an die Abgriffe 84 und 86 angeschlossen und das Sinus-Potentiometer 20 an die Abgriffe 85 und 87.

Die Stabilisierung gegen Änderungen der Schaltkreiskonstanten wird durch die Verwendung eines gemeinsamen Emitterbelastungswiderstandes 74 erzielt, der mit den drei Transistoren eine Stabilisierungsstufe bildet.

Ähnliche phasenverschiebende Netzwerke können verwendet werden, um eine um 90° gegeneinander versetzte Speisespannung von den Zellen zu erreichen, wenn mehr als vier Abtasteinrichtungen verwendet werden. . .

Es ist nicht notwendig, daß die Potentiometer-Speisespannungen genau um 90° gegeneinander ver-. schoben sind. Es wurde festgestellt, daß auch Phasendifferenzen in einem Bereich zwischen 45 und 135° annehmbare Resultate lieferten. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, daß das zyklische Muster genau sinusförmig verläuft.

Das Wellenbildmuster kann beispielsweise auch ein magnetisches Muster sein, wobei als Abtasteinrichtungen elektromagnetische Übertrager verwendet werden. '50

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Meßumformer zum Bestimmen der Größe und Richtung der Bewegung eines sich hinsichtlich eines Bezugsgebildes in der einen oder der anderen von entgegengesetzten Richtungen bewegenden sinusförmigen Wellenbildmusters mit mindestens zwei Abtasteinrichtungen, die an einer gleichen Anzahl von Punkten elektrische Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem Zustand ... des Wellenbildmusters erzeugen, wobei diese Ausgangssignale in jedem gegebenen Äugenblick proportional zum Sinus- bzw. Kosinus eines einen Zustand des Musters in diesem Augenblick darstellenden Winkels sind, ferner mit einem Kosinus- und einem Sinus-Potentiometer, die mit Abgriffen versehen sind? wobei das Sinus-Signal an das Kosinus-Potentiometer und das Kosinus-Signal an das Sinus-Potentiometer geführt wird, gekennzeichnet durch elektronische Schalter (CS0,CSl/9 ...) mit einem Transistor (42) für jeden Abgriff, um die Abgriffe der Potentiometer (19, 20) gleichzeitig anzuschalten, ferner durch einen an sich bekannten, in zwei Richtungen arbeitenden Impulszähler (35) mit Ziffern-Stufen (D 0 bis D 9), von denen jede einem bestimmten Abgriff an jedem Potentiometer zugeordnefcist, ferner durch Steuereinrichtungen (37, 43 bis 49) zum Steuern jeder Ziffern-Stufe (35), ferner durch einen Impulsgenerator (31), der über ein Additionstor (GA) und ein hierzu paralleles Subtraktionstor (GS), die beide abhängig vom Sinne der Spannungsdifferenz der eingeschalteten Abgriffe über einen Differenzverstärker (27) geöffnet werden, sowie über ein Oder-Tor (36) mit dem Zähler (35) verbunden ist, um in Abhängigkeit von der Differenz zwisehen' der Ausgangsspannung der angeschalteten (m Abgriffe und einer vorgegebenen Spannung den Zähler (35) zu betätigen und in der Richtung auf eine Ziffern-Stufe zu bringen, in der die Spannungsdifferenz zum Verschwinden gebracht wird.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung mit einem Hilfszähler (61 j zur Erzeugung eines¹ Warnsignals vorgesehen ist, sobald vom Impulsgenerator (31) mehr als eine vorgegebene Zahl aufeinanderfolgender Impulse auf den Impulszähler (35) gegeben wird.

3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Muster ein von einer Lichtquelle beleuchtetes optisches Muster ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer konstanten Lichtintensität je ein weiteres Sinus- und Kosinus-Potentiometer vorgesehen ist, die' mit Abgriffen in bestimmten Winkelintervallen versehen und durch Signale der Abtasteinridituhgen erregbar sind, die in jedem Augenblick dem Sinus oder Kosinus des Winkels des Musters proportional sind, daß ferner weitere Schalter zum Anschalten diese Abgriffe und weitere Steuereinrichtungen vorgesehen sind, wobei diese Schalter durch den Zähler (35) so betätigbar sind, daß die in den beiden Potentiometern entsprechend verbunden Abgriffe in jedem Augenblick den Winkel darstellen, der der gerade erregten Ziffern-Stufe zugeordnet ist, daß ferner eine Addiiibnsstufe zur Bildung einer Spannung vorgesehen ist, die von der Summe der Ausgangsspannungen der eingeschalteten Abgriffe der beiden Potentiometer abhängig ist, und daß Steuereinrichtungen zum Regulieren der Helligkeit der Lichtquelle in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der so gebildeten Spannung und einer vorgegebenen Bezugsspannung vorgesehen sind. ■.',..

4. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet^, daß ein weiterer Zwei-Richtungs-Zähler vorgesehen ist, der die algebraische Summe der zu dem Schaltzähler gelangenden Impulse anzeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen