CH365227A - Einrichtung zur Ermittlung der relativen Lage zwischen zwei Teilen in einem Gerät, insbesondere für einen Kinotheodoliten - Google Patents

Description

  
 



  Einrichtung zur Ermittlung der relativen Lage zwischen zwei Teilen in einem Gerät, insbesondere für einen Kinotheodoliten
Es ist an sich bekannt, die Lage von Teilungsträgern durch Abzählen der Anzahl der zwischen der Ablesestelle und der   Null- bzw.    Bezugsmarke liegenden Teilungsmarkierungen festzustellen, wobei sich solche Einrichtungen vornehmlich zur Ermittlung der Lage und gegebenenfalls zur Steuerung eines mit einem Teilungsträger versehenen Maschinenteils oder dergleichen eingeführt haben. Die Teilungsmarken werden hierzu zumeist durch relativ gegen den Teilungsträger bewegte Einrichtungen photoelektrisch gezählt und   cim    Falle magnetischer Teilungsträger durch entsprechende elektromagnetische Einrichtungen abgetastet.

   Es ist nun bei derartigen Einrichtungen evident, dass diese von sich aus nicht zu entscheiden vermögen, aus welcher Richtung sich die Teilungsmarkierungen den Abtastvorrichtungen nähern, so dass also bei einer Vorzeichenumkehr der Relativbewegung der gegeneinander bewegten Einrichtungsbestandteile zunächst sämtliche Teilungsmarken mit dem gleichen Vorzeichen erfasst werden.



  Es sind deshalb auch bereits Zähleinrichtungen vorgeschlagen worden, die die bewegungsrichtige Zählung der Teilungsmarken zulassen. Hierzu wurde im wesentlichen empfohlen, die Form der Teilungsmarken so auszubilden, dass ihr Vorbeigang an einer Zählvorrichtung einen elektrischen Impuls auslöst, dessen Flankensteilheit sich beim Wechsel des Vorzeichens der Relativbewegung ändert. Wenngleich derartige Einrichtungen die richtungsrichtige Zählung der Teilungsmarken erlauben, so sind diese jedoch nur in den Fällen betriebssicher verwendbar, bei denen die Bewegungen weitgehend gleichförmig verlaufen; denn es ist einzusehen, dass die Form der Zählimpulse von der Relativgeschwindigkeit der Marken gegen die Abtastvorrichtungen abhängt und somit vielfach nicht konstant ist.



   Praktisch ist dieser Fall tatsächlich häufig der bedeutsamere. Bei Zielverfolgungsgeräten, beispielsweise nach Art eines Kinotheodolits, erfolgen die Bewegungen häufig zögernd, schleichend und mit abrupt wechselndem Vorzeichen, so dass also der erläuterte Weg nicht mit Erfolg zur Anzeige   und, oder    Registrierung der Höhen- und   Seitenwinkeiwerte    dieses Instrumentes herangezogen werden kann.



   Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile nicht aufweist und dennoch die richtungsrichtige Zählung der Teilungsmarken gestattet. Erfindungsgemäss ist eine Einrichtung zur Ermittlung der relativen Lage zwischen zwei Teilen in einem Gerät, insbesondere einem um seine Achse beweglichen, auf einem Träger aufgebrachten Teilkreis für Zielverfolgungsinstrumente nach Art eines Kinotheodolits und einem Ableseindex, bei welcher Einrichtung die Anzahl der an einer Ablesestelle entlang gelaufenen Teilungsmarkierungen eines Teilungsträgers ein Mass für diese relative Lage ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur elektrischen, magnetischen oder optischelektrischen Abtastung aller oder eines Teiles der Teilungsmarkierungen des Teilungsträgers derart,

   dass am Ausgang der Abtastvorrichtung den Teilungsmarken zugeordnete elektrische Impulse entstehen, durch Mittel zum Erzeugen einer zur zu messenden Relativbewegung zusätzlichen Relativbewegung zwischen der Abtast  vornichtung    und dem Teilungsträger, durch einen Impulsgeber zur Erzeugung einer mit der zusätzlichen Relativbewegung synchronisierten elektrischen Impulsfolge und durch Mittel zum ständigen oder abschnittweisen Vergleich der von der Abtastvornichtung und vom Impulsgeber erzeugten Impulsfolgen.  



   Es soll hier betont werden, dass die Erfindung nicht auf die Abtastung bzw. Abzählung der heute allgemein geläufigen gläsernen Teilungsträger beschränkt ist, sondern dass sie vielmehr auch mit Erfolg zur Abtastung jeder beliebigen Teilung, beispielsweise also auch zur Abtastung von sogenannten magnetischen Teilungen, bei denen die Teilungsintervalle durch Materialien unterschiedlicher magnetischer Permeabilität gegeben sind, angewendet werden kann.



   Die Erfindung soll an Hand eines einfachen, in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es sei angenommen, dass die verschiedenen Höhenwinkelwerte eines Kinotheodolits richtungsrichtig an Hand einer Kreisteilung zählend verfolgt, das heisst gemessen oder registriert werden sollen, wobei es zunächst gleichgültig ist, auf welchem Wege die Registrierung erfolgt. Es soll weiter angenommen werden, dass die Anzahl der Teilungsmarkierungen, die der Winkelverstellung entsprechen, als ein direktes Mass für den Winkel angesehen wird.



   Im Schaubild nach Fig. 1 sind die Teilungsmarkierungen eines Teilungsträgers, beispielsweise eines gläsernen Höhenteilkreises eines Instrumentes, als dunkle Striche auf hellem Grund angebracht. Die Teilung des Teilungsträgers 1 möge so fein sein, dass die mit ihm erfassbaren Bewegungen kleiner als die zulässige Messtoleranz sind.



   Die Teilungsträger 1 ist mittels einer Nabe 2 auf der horizontal verlaufenden Achse 3 des Kinotheodolits gelagert und mit der Achse der Höhenwinkelanzeigescheibe des Instrumentes verbunden. Der Kreisteilung des Teilungsträgers 1 ist eine Vergleichsteilung 4 zugeordnet, die ortsfest in bezug auf die Teilung des Teilungsträgers 1 gelagert ist. Die Teilungen beider Teilungsträger werden durch eine ständig gegen beide Teilungsträger bewegte Abtastvorrichtung 5 so abgetastet, dass an den Ausgängen der Abtastvorrichtung 5 elektrische Impulse zur Verfügung stehen, die den Teilungsmarkierungen beider Teilungsträger zugeordnet sind. Hierzu wird die Abtastvorrichtung 5 durch Drehung einer Welle 6, beispielsweise unter Verwendung eines Gleichstrommotors, ständig gedreht.



   In der Fig. 2 ist die gesamte Anordnung etwas ergänzt noch einmal im Schnitt und kleinerem Massstab dargestellt. Es bezeichnen 1 und 4 die Teilungsträger mit den einander zugeordneten Kreisteilungen, 3 die horizontale Achse des Kinotheodolits, die mit der Nabe   3' des    Teilungsträgers 1 fest verbunden ist.



  Durch die hohle Achse 3 ist die Welle 6 hindurchgeführt, welche die Abtastvorrichtung 5 ständig gegen beide Kreisteilungen der Teilungsträger 1 und 4 bewegt. Der Teilkreis 4 ruht mit seiner Nabe   4' an    einem ortsfest verbleibenden Gerätebestandteil 7. Die Welle 6 ist durch den Teilungsträger 4 hindurchgreifend gelagert und trägt an ihrem Ende eine Vorrichtung 8, an deren Ausgängen 9 und 10 die von den Abtastvorrichtungen   5' und    5" der Vorrichtung 5 erzeugten Impulse zur Verfügung stehen.

   Die Abtastvorrichtung 5 besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle 10, die die Teilungsmarkierungen der Teilungsträger 1 und 4 in der Umgebung einer Teilungsmarkierung dieser Teilungsträger homogen ausleuchtet, und zwei lichtempfindlichen Elementen 11 und 12, die beim Vorbeigang entsprechender Teilungsmarkierungen der Teilungsträger 1 und 4 die elektrischen Zählimpulse erzeugen. Die Darstellung ist wie ersichtlich nur schematisch zu verstehen. Die Welle 6 wird durch einen Motor 13 angetrieben.



   Die Funktion der Einrichtung ist die folgende:
Es werde zunächst angenommen, dass die abzulesende Teilung des Teilungsträgers 1 mit ihrer Nullmarke eine Stellung einnimmt, die einem Ableseindex 14 entspricht. Die Abtastvorrichtung 5 wird nun durch den Motor 13 relativ gegen die Teilungen an den Teilungsträgern 1 und 4 mit nicht zu geringer Geschwindigkeit verdreht. Die Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung 5 muss nicht notwendig konstant sein.



  Die Vorrichtung 5 tastet nun alle Teilungsmarken beider Teilungen bei ihrem Umlauf um die Achse 6 nacheinander ab, wobei an jedem der beiden lichtempfindlichen Elemente 11 und 12 eine gleiche Anzahl von Zählimpulsen auftritt. Die Differenz der an den Ausgängen 9 und 10 der Abtastvorrichtungen zur Verfügung stehenden Impulsfolgen ist also Null.



  Wird der Teilungsträger 1 nun entsprechend den verschiedenen Höhenwinkeln des Kinotheodolits verdreht, so werden an der Abtastvorrichtung 11 entsprechend der Bewegung des Teilungsträgers 1 mehr Impulse erzeugt als an der Abtastvorrichtung 12.



  Die Differenz beider Zahlen repräsentiert den Wert der Verdrehung des Teilungsträgers 1.



   In der Fig. 3 ist eine einfache Vorrichtung zur Ermittlung dieser Differenz schematisch dargestellt.



  Es bezeichnen 9 und 10 die Ausgangsklemmen der Vorrichtung 8, an denen die Zählimpulse zur Verfügung stehen. Die den Teilungsträgern 1 und 4 zugeordneten Impulsfolgen werden je einem Schrittschaltwerk 15 und 16 zugeführt, die einzeln eine Welle 17 bzw. 18 drehen und die ihrerseits auf das mechanische Differential 19 einwirken. Die Differenz der Drehung der Wellen 17 und 18 wird vom Differential 19 auf ein beispielsweise mechanisches Zählwerk 20 übertragen und gegebenenfalls durch eine Registriereinrichtung 21 dokumentiert.



   Es ist einzusehen, dass dieser mechanische Weg nicht der einzig mögliche zur Erfassung der Differenz ist, vielmehr lässt sich die Erfindung mit praktischen Vorteilen auch auf dem Wege über elektronische Einrichtungen, beispielsweise also über ein elektronisches Differential, verwirklichen. In jedem Fall jedoch ist es auf dem beschriebenen Wege möglich, die Kreisteilung des Teilungsträgers 1 richtungsrichtig abzuzählen, wobei es an sich gleichgültig ist, ob die Differenzbildung zwischen den Impuls anzahlen der Vorrichtung 11 und 12 laufend oder abschnittweise erfolgt. Für Kinotheodolite beispielsweise kann man sich mit der abschnittweisen Differenzbildung be  gnügen, da die mit dem Kinotheodolit vorgenommenen Zielbildregistrierungen auch abschnittweise erfolgen.

   Hierzu kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass die Impuls anzahlen der Vorrichtungen 11 und 12 gesondert gezählt und erst in dem Augenblick voneinander subtrahiert werden, in dem man sich für die Differenz interessiert. Um die Kapazität der Zählwerke nicht zu überlasten, kann die Differenzbildung auch periodisch erfolgen.



   Es sei hier bemerkt, dass die Abtastung der Kreisteilung des Teilungsträgers 1 nicht davon abhängig ist, mit welcher Geschwindigkeit sich die Abtastvorrichtung 5 gegen die Teilungsträger bewegt, auch muss die Bewegung durchaus nicht gleichförmig sein, sondern es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass die Winkelgeschwindigkeit der Vorrichtung 5 grösser oder mindestens gleich der schnellsten Bewegung des Teilkreises auf dem Teilungsträger 1 ist. Zweckmässig wählt man die Geschwindigkeit der Vorrichtung 5 höher, um die eingangs erwähnte schleichende   Impulsgebung    zu vermeiden.



   Unabhängig davon kann die Erfindung nicht nur bei Kreisteilungen anwendbar sein, sondern auch auf lineare Massstäbe ausgedehnt werden; es sind einige Variationsmöglichkeiten über das geschilderte Ausführungsbeispiel hinaus möglich. So können die beiden Teilungsträger 1 und 4 ständig ortsfest verbleiben, wobei die Abtastvorrichtung 5 in zwei Teile zerlegt wird, von denen jeder eine Teilung gesondert abtastet und beide synchron um die Teilung auf den Teilungsträgern 1 und 4 deren Teilungsmarken abtastend umlaufen. Die messende Höhenwinkelbewegung des Kinotheodolits wird dann der Bewegung einer der beiden Abtastvorrichtungen überlagert.



  Auch kann das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bzw. sein lineares Analogon lin der Weise umgekehrt werden, dass die Kreisteilungen auf den Teilungsträgern 1 und 4 ständig synchron gegen die Abtastvorrichtung 5 bewegt werden. Die Abtastvorrichtung 5 ist dann wieder in zwei Teile zu zerlegen. Der eine Teil bleibt ortsfest, während der andere Teil entsprechend der zu messenden Verdrehung beweglich ist.



   Aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 geht hervor, dass die Teilungen auf den Teilungsträgern 1 und 4 identische Teilungen sein müssen. Es wird deshalb vorgeschlagen, solche Teilungen zu verwenden, die Kopien einer Mutterteilung sind oder die auseinander durch photographische Reproduktion hervorgegangen sind. Man kann sich auch von der eingangs erwähnten Voraussetzung frei machen, dass die verwendeten Teilungen eine möglichst feine Unterteilung aufweisen müssen. Hierzu werden neben der bisher vorgesehenen einen Abtastvorrichtung weitere Ab  tastvorrichtungen    gegeneinander örtlich versetzt am Teilungsträger vorgesehen, die Impulse erzeugen, die zeitlich untereinander nicht koinzidieren, und zwar derart, dass die Impulse der zusätzlichen Vorrichtun gen den Impulsabstand der durch die erste Vorrich tung erzeugten Impulse weiter unterteilen.



   Auch ist die Erfindung nicht an die bisher vorgesehene mechanische Form einer Vergleichsteilung gebunden. Diese kann vielmehr durch einen Impulsgenerator ersetzt werden, der synchron mit der Bewegung der Abtastvorrichtung 5, die die Teilung auf den Teilungsträger 1 abtastet, entsprechende Impulse erzeugt.



   Es ist einzusehen, dass die Anwendung der   erìn-    dungsgemässen Einrichtung nicht auf die Verwendung in Kinotheodoliten und dergleichen beschränkt ist, vielmehr kann sie überall dort mit Erfolg eingesetzt werden, wo es sich entweder um die Anzeige der Lage eines beweglichen Teiles oder aber auch um die Steuerung dieses Elementes handelt.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Ermittlung der relativen Lage zwischen zwei Teilen in einem Gerät, insbesondere einem um seine Achse beweglichen, auf einem Träger aufgebrachten Teilkreis für Zielverfolgungsinstrumente nach Art eines Kinotheodolits und einem Ableseindex, bei welcher Einrichtung die Anzahl der an einer Ablesestelle entlang gelaufenen Teilungsmarkierungen eines Teilungsträgers ein Mass für diese relative Lage ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur elektrischen, magnetischen oder optischelektrischen Abtastung aller oder eines Teiles der Teilungsmarkierungen des Teilungsträgers derart, dass am Ausgang der Abtastvorrichtung den Teilungsmarken zugeordnete elektrische Impulse entstehen, durch Mittel zum Erzeugen einer zur zu messenden Relativbewegung zusätzlichen Relativbewegung zwischen der Abtastvorrichtung und dem Teilungsträger,

   durch einen Impulsgeber zur Erzeugung einer mit der zusätzlichen Relativbewegung synchronisierten elektrischen Impulsfolge und durch Mittel zum ständigen oder abschnittweisen Vergleich der von der Abtastvorrichtung und vom Impulsgeber erzeugten Impulsfolgen.

   UNTERANSPRUCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber einen zweiten Teilungsträger und eine zweite Abtastvorrichtung sowie Mittel aufweist, um zwischen dem zweiten Teilungsträger und der zweiten Abtastvorrichtung eine mit der erwähnten zusätzlichen Relativbewegung synchronisierte Bewegung zu erzeugen.

   2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abtastvorrichtungen in bezug aufeinander ortsfest angeordnet sind.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch, zur Ermittlung der Lage einer um ihre Achse beweglichen Kreisteilung in bezug auf eine vorgegebene Lage, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber eine der ersten Teilung zugeordnete Vergleichskreisteilung umfasst, die bezüglich der ersten Teilung ortsfest angeordnet ist, dass zwei ständig und synchron bewegte Vorrichtungen zur Abtastung aller Teilungsmarken beider Teilungen vorgesehen sind, und dass die an den Ausgängen dieser Abtastvorrichtungen entstehenden elektrischen Impulsfolgen durch Mittel ständig oder abschnittweise subtrahiert werden.

   4. Einrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Abtastvorrichtungen erzeugten Impulse Schrittschaltwerken zugeführt werden, die eine Welle drehen, deren Drehungen mittels eines mechanischen Differentials subtrahiert und auf ein Zählwerk übertragen werden.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Subtraktion der Impulszahlen elektrische sind.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch Mittel, welche die Impulsdifferenzzahlen oder die aus diesen Zahlen abgeleiteten, die Massstabslage repräsentierenden Werte gedruckt registrieren.

   7. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilung eine Kopie der ersten Teilung oder beide Teilungen Reproduktionen einer Mutterteilung sind.

   8. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen den Massstäben und den Abtastvorrichtungen ein Gleichstrommotor vorgesehen ist.

   9. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben den erwähnten Abtastvorrichtungen weitere örtlich gegeneinander versetzt angeordnete Abtastvorrichtungen vorgesehen sind, die Impulse erzeugen, welche zeitlich nicht koinzidieren und den Impulsabstand der von der ursprünglichen Abtastvorrichtung erzeugten Impulse weiter unterteilen.

   10. Einrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gegeneinander versetzten Vorrichtungen nach Art eines Nonius an den Teilungen angeordnet sind.

   11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Vorrichtungen erzeugten Impulse einem einzigen Zählwerk zugeführt werden.

   12. Einrichtung nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch die ortsfeste Anordnung beider Teilungsträger, durch Abtastvorrichtungen, die ständig gegen beide Teilungsträger bewegbar sind, sowie durch Mittel zur Uberlagerung der Messbewegung auf die Abtastbewegung der Abtastvorrichtungen.

   13. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber einen elektrischen Impulsgenerator enthält.

   14. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der zusätzlichen Relativbewegung zwischen der Abtastvorrichtung und dem Teilungsträger grösser oder mindestens gleich der Geschwindigkeit der schnellsten vorkommenden Messbewegung list.