DE2031469C3 - Anordnung zur überwachung des Bewegungsablaufs eines zu positionierenden Körpers - Google Patents

Description

Zur Erfassung des Bewegungsablaufs eines zu positionierenden Körpers hat man verschiedentlich Strichraster mit dem bewegten Körper mitlaufen lassen und dabei den Raster abgetastet. Man erhält auf diese Weise ein Wechselsignal, dessen Pulsfolgefrequenz direkt proportional der jeweiligen Relativgeschwindigkeit der Bewegung ist. Anwendungsmöglichkeiten solcher Strichraster sind in den folgenden Druckschriften offenbart:

DT-Gbml7 63 176

Feingerätetechnik, Heft 8,1961, S. 355 bis 363,

Zeitschrift für Instrumentenkunde, Heft 2, 1964.

S. 52,

Feingerätetechnik, Heft 8,1967, S. 360 bis 363.

Erzeugt man solche Strichraster durch Überlagerung zweier optischer Gitter, so entsteht ein periodisch variables Raster, das jedoch keine eindeutige Zuordnung der Rasterbreite zur jeweiligen Position ermöglicht (DT-PS 11 89 735; DT-OS 14 98 082).

Diese Möglichkeit besteht jedoch bei einer Rasterausbildung, die sich dem älteren Vorschlag gemäß DT-PS 19 30 976 entnehmen läßt. Danach besteht der Raster aus Paaren von jeweils einem dunklen und einem hellen Streifen. Die Breite jedes Paares, gesehen in Rastererstreckungsrichtung, ist für alle Paare gleich; der Raster hat mithin eine konstante Teilung. Durch die unterschiedliche Breite der zusammengehörigen Balken erhält man jedoch bei der Abtastung Amplitudenunterschiede, so daß je nach der Position des Paares im Raster die mittlere Höhe des Abtastsignals eindeutig der betreffenden Position zugeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Überwachen des Bewegungsablaufs eines zu positionierenden Körpers, bei der ein Strichraster und eine Abtastvorrichtung gegeneinander beweglich sind und der Raster in Bewegungsrichtung eine vom jeweiligen Ort abhängende Rasierstrichbreite aufweist, zu schaffen, bei der eine besonders einfache Gestaltung der Auswerteschaltung, die der Abtastvorrichtung nachzuschalten ist, ermöglicht wird, bei der aber der immer mit Unsicherheiten behaftete Amplitudenwert des Abtaslsignals unberücksichtigt bleiben kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Rasterstrichbreite proportional einer am jeweiligen Ort höchstens zulässigen Geschwindigkeit des Körpers bemessen ist und daß eine Auswerteschaltung zum Vergleich der Dauer des Abtastsignals mit der

eines Zeilbasissignals vorgesehen ist.

Der Raster gemäß der Erfindung besitzt also nicht nur eine von der jeweiligen Position jedes Striches im Raster abhängende Strichbreite, sondern auch die Teilung variiert von Position zu Position. Das bedeutet, daß im Raster selbst bereits zwei Informationen nach Art eines »Festwertspeichers« vorgegeben sind: Näm lich die Größe der zulässigen Geschwindigkeit und die dieser Geschwindigkeit zugeordnete Position. Dann

ίο braucht bei der Abtastung nur noch die Dauer des jeweils erzeugten Abtastsignals, die sowohl von der Strichbreite wie von der Abtastgeschwindigkeit (welche der Bewegungsgeschwindigkeit des Körpers proportional ist) abhängt, mit der Dauer eines Zeitbasissignals

verglichen zu werden, das seinerseits ein Festwert ist. Übersteigt die Dauer des Zeitbasissignals die Dauer des Abtastsignals, so liegt die Geschwindigkeit des Körpers unter der höchst zulässigen, während im umgekehrten Falle die höchstzulässige Geschwindigkeit überschritten ist. Man kann also mit einer höchst einfachen Schaltung eine einfache ja-nein-Aussage bezüglich der Sicherheit ableiten.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Betriebskurve; hier ist die »Soll«-Kurve mit ausgezogenen Linien, die »Sicherheitsgrenze«-Kurve gestrichelt für eine stellgliedgesteuerte Bewegung zwischen zwei Anschlägen dargestellt.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Anordnung zum Überwachen des Bewegungsablaufs eines zu positionierenden Körpers,

Fig.3 ist eine Draufsicht auf einen optischen Raster für die Anwendung in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung und

Fig.4a bis 4g zeigen eine Folge von Wellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, arbeitet eine typische Stellgliedsteuerung einer Bewegung über eine Distanz »d« zwischen zwei Anschlägen so, daß zunächst etwa maximal für die erste Hälfte der Distanz beschleunigt wird und dann mit etwa maximaler Verzögerung die zweite Hälfte der Distanz durchlaufen wird, um so in kürzester Zeit und mit minimalem Geschwindigkeits-Überschuß an der gewünschten Stelle anzugegangen. Wenn man annimmt, daß die größte Distanz, über die das Stellglied die Last zu bewegen hat, in Fig. I dargestellt ist, so ist die maximale Geschwindigkeit, auf die die Last beschleunigt werden darf und von der sie trotzdem noch auf eine sichere Geschwindigkeit innerhalb der Distanz verzögert werden kann, durch die mit gestrichelten Linien angedeutete Kurve gegeben.

Die gestrichelt gezeichnete Kurve verläuft im allgemeinen parallel zur Betriebskurve des Stellgliedes, ist jedoch von dieser um einen Betrag »>« getrennt. Die Restgeschwindigkeit »y« ist diejenige maximale Geschwindigkeit, mit der der bewegte Körper auf den Anschlag auflaufen darf, ohne eine Beschädigung weder des Körpers noch des Anschlags hervorzurufen. Damit besteht die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des bewegten Körpers über die Betriebskurve hinaus um einen Betrag gleich »_>'« zu erhöhen. Wenn jedoch die Geschwindigkeit die durch die gestrichelte Linie vorgegebene Geschwindigkeit übersteigt, soll das Stellglied automatisch umgeschaltet werden, und der Körper soll maximal verzögert werden. Das Stellglied verzögert dann gemäß einer Kurve, die ebenfalls durch die gestrichelte Linie definiert ist, so daß der Körper in

Kontakt mit den Anschlägen mit einer Geschwindigkeit gleich oder kleiner als »y« gelangt.

Die Anordnung umfaßt einen Stellungsmelder oder Signalgeber 11. welcher kontinuierlich die Position des beweglichen Körpers feststellt und Signale bezüglich seiner Bewegung abgibt. Zur Auswertung ist die allgemein mit 20 bezeichnete Schaltungsanordnung vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß ein Zeitbasissignal von den Signalgebersignalen abgeleitet, wird sowie ein Zeitvergleich durchgeführt wird zwischen dem Bewegungssignal und dem Zeitbasissignal.

Der in F i g. 2 dargestellte Signalgeber umfaßt eine Energiequelle, beispielsweise eine Lichtquelle 12, einen langgestreckten Raster, beispielsweise ein optisches Gitter 13, sowie eine Abtastanordnung 14. Die Lichtquelle und die Abtastanordnung sind im Abstand voneinander angeordnet, jedoch gegeneinander ausgefluchtet und in fester Lage nahe dem beweglichen Körper angeordnet. Der Raster ist für die Bewegung mit dem Körper verbunden und bewegt sich zwischen der Lichtquelle und der Abtastanordnung, deren Signalausgang mit einem Verstärker 15 verbunden ist, welcher seinerseits mit der Schaltung 20 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers ist mit dem Eingang eines Haltekreises 16 verbunden, ferner über einen Flip-Flop 17 mit einem Eingang eines UND-Gatters 18 sowie schließlich über einen Inverter 19 mit dem anderen Eingang des UND-Gatters. Der Ausgang des Haltekreises ist mit dem Rückstelleingang des Flip-Flops 17 verbunden sowie mit einem Rampengenerator 21, der über einen Schwellendetektor 22 mit dem Rückstelleingang des Haltekreises verbunden ist.

Der Raster 13 besteht aus einem langgestreckten Streifen aus form- und abmessungsstabilem Material, wie Glas, Kunststoff usw. und ist versehen mit einer Folge von alternierend durchsichtigen und undurchsichtigen Bereichen längs einer Kante des Streifens, welche Folge sich über eine Distanz erstreckt entsprechend dem von dem Körper zu durchlaufenden Weg. Das Material des Rasters kann durchsichtig sein, wobei die undurehsichtigen Bereiche durch eine Vielzahl an sich bekannter Verfahren aufgebracht werden können, beispielsweise durch Plattieren, durch Ätzen, durch Drucken, auf fotomechanischem Wege usw. Alternativ kann der Raster aus absorbierendem Material ausgebildet sein, das auf einen Streifen aus reflektierendem Material aufgebracht worden ist, in welchem Falle die Lichtquelle und die Abtastanordnung auf der gleichen Seite des Rasters anzuordnen wären. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Breite der lichtdurchlässigen Bereiche in etwa konstant über die Gesamtlänge des Rasters, während die Breite der undurehsichtigen Bereiche sich ändert. Die undurehsichtigen Bereiche sind im Zentrum des Rasters breiter als die benachbarten durchsichtigen Bereiche, jedoch werden die undurehsichtigen Bereiche in Richtung auf die Enden progressiv schmaler, bis nahe den Endpunkten die Breite der undurehsichtigen Bereiche sich der der durchsichtigen Bereiche annähen.

Licht von der Quelle 12 wird durch die durchsichtigen Bereiche des Rasters geschickt und von der Abtastan- (ό Ordnung 14 aufgefangen. Die undurchsichtigen Bereiche blockieren die Übertragung so, daß ein diskretes Signal von der Abtastanordnung immer dann abgegeben wird, wenn ein durchsichtiger Bereich zwischen der Lichtquelle und der Abtastanordnung hindurchläuft. Der *'5 Raster ist mit dem Körper verbunden, d. h. zum Beispiel im Falle eines Scheibenantriebs einer Datenverarbeitungsanlage mit dem Wagen, auf dem die Magnetköpfe montiert sind. Demgemäß ist die Geschwindigkeit, mit der jeder undurchsichtige Bereich den Raum zwischen der Lichtquelle und der Abtastanordnung durchläuft, oder, anders ausgedrückt, die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Signalen von der Abtastanordnung ein direktes Maß für die Geschwindigkeit des Körpers. Mit diesem Signalgeber wird die zulässige Geschwindigkeitskurve, welche in Fig. 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist, aus den undurehsichtigen und durchsichtigen Bereichen des optischen Rasters vorgegeben. Die Anordnung der undurehsichtigen Bereiche auf dem Raster ist so ausgelegt, daß der Abstand zwischen benachbarten durchsichtigen Bereichen sich direkt mit der zulässigen Geschwindigkeit des Körpers ändert. Wenn demgemäß der Körper längs der Kurve verzögert wird, ist das Zeitintervall zwischen benach barten durchsichtigen Bereichen konstant für jede Stellung des Rasters, und die verstrichene Zeit zwischen Signalen der Abtastanordnung kann verglichen werden mit einem einzigen Zeitbasissignal.

Das Ausgangssignai der Abtastanordnung 14 bricht jedesmal zusammen, wenn ein durchsichtiger Bereich den Lichtdurchtritt von der Quelle zur Abtastanordnung zuläßt. Das Signal wird im Verstärker 15 verstärkt und erscheint als Rechteckwellenform 4a. In der Schaltungsauslegung wird die Abfallflanke des vorangehenden undurehsichtigen Bereiches erfaßt, und das Signal wird dann geformt auf eine Standard-Impulsdauer mittels eines konventionellen in der Zeichnung nicht dargestellten Impulsformers. Die Lage der Abfallflanke von jedem undurehsichtigen Bereich wird angedeutet durch den unteren Signalpegel des Abtastsignals 4a. Diese Position des Durchlaufsignais wird auf den Haltekreis 16 übertragen, auf den Flip-Flop 17 und auf das UND-Gatter 18. Wie die Wellenform 4£> zeigt, wird der Haltekreis 16 gesetzt durch die Vorderflanke jeder Rechteckwelle 4a, d. h. dann, wenn der Signalpegel der Wellenform 4a abgefallen ist. fällt der Pegel der Wellenform 4b ebenfalls ab. Wenn der Haltekreis gesetzt ist, triggert der untere Signalpegel der Wellenform 46 den Rampengenerator 21, der eine gewisse Zeitdauer hindurch arbeitet und dann in die Ausgangsstellung zurückfällt. Das Rampen- bzw. Zeitbasissignal 4c wird dem Schwellcndetektor 22 zugeführt, der den Punkt abtastet, in dem der Rampengenerator ausläuft und ein Signal, Wellenform 4c/. abgibt. Dieses Signal wird verwendet, um den Hakekreis 16 zurückzustellen und damit den Signalpegcl der Wellenform Ab wieder anzuheben. Wenn das Positionssignal der Wellenform 4a dem Flip-Flop 17 zugeführt wird, wird dieser gesetzt, d. h., wenn der Signalpcgel der Wellenform 4a angehoben wird, wird in gleicher Weise auch der Signalpegel des Flip-Flops. Wellenform 4c. angehoben. Entsprechend wird, wenn der Haltekreis 16 durch den Schwellenwertdetektor rückgestellt wird, der angehobene Signalpegel der Wellenform 4b zur Rückstellung des Flip-Flops ausgenutzt und der Signalpegel desselben abgesenkt, wie in Wellenform 4e angedeutet. Der Ausgang des Flip-Flops wird dann einem Eingang des UND-Gatters 18 zugeführt. Das Positionssignal der Wellenform 4a wird in einem Inverter 19 invertiert, um so die Wellenform 4f zu erzeugen, die den anderen Eingang zum UND-Gatter bildet. Das UND-Gatter 18 ist als UND-Inverter ausgebildet und erzeugt ein negatives Signal gemäß Wellenform 4g immer dann, wenn beide Eingänge hoch liegen. Wie erwähnt, repräsentieren die Vorderflanken der Impulse der Wellenform 4a die Position der

lichtdurchlässigen Bereiche des Rasters. Der Rampengenerator, wie aus der Wellenform 4c zu entnehmen, ist so ausgebildet, daB er eine Zeitperiode aufweist, die als Standard oder Meßperiode für das System geeignet ist. Der Rampengenerator wird getriggert durch die Vorderflanke jedes Posilionsimpulses, und er läuft aus. bevor der nächste Positionsimpuls auftritt, solange die Geschwindigkeit des Körpers unter der gestrichelten Linie gemäß F i g. 1 bleibt. Wenn, wie durch den vierten Impuls der Wellenform 4a angedeutet, der Körper auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, die jenseits der gestrichelten Linie nach Fig. 1 liegt, erscheint der Positionsimpuls der Wellenform 4a, bevor das Rampcngenerator-Signal ausgelaufen ist. Diese Situation spiegelt sich wieder in der Wellenform 4e und führt zu derr negativen Impuls der Wellenform 4g. Der Ausgang de! UND-Gatters, Wellenform Ag, wird auf das Stellgliec übertragen und veranlaßt, daß das Stellglied mil maximaler Verzögerung beaufschlagt wird.

In dem Schaltkreis gemäß Fig. 2 sind der Rampengenerator und Schwellendetektor nur als Beispiel angegeben für einen Zeitbasis-Schaltkreis für Anwcndungsfälle, bei denen genaue Zeitbasen erforderlich sind. Bei anderen Anwendungsfällen mit geringeren Genauigkeitsanforderungen können auch andere Schaltkreise, beispielsweise monostabile Multivibratoren u. dgl. eingesetzt werden, um das Zeitbasissignal zu erzeugen, wenn die Genauigkeit ausreichend ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zum Überwachen des Bewegungsablaufs eines zu positionierenden Körpers, bei der ein Strichraster und eine Abtastvorrichtung gegeneinander beweglich sind und der Raster in Bewegungsrichtung eine vom jeweiligen Ort abhängend Rasterstrichbreite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterstrichbreite proportional einer am jeweiligen Ort höchstens zulässigen Geschwindigkeit des Körpers bemessen ist und daß eine Auswerteschaltung (20) zum Vergleich der Dauer des Abtastsignals (4a) mit der eines Zeitbasissignals (4c) vorgesehen ist.