CH389916A - Device for position indication - Google Patents

Device for position indication

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CH389916A
CH389916A CH342560A CH342560A CH389916A CH 389916 A CH389916 A CH 389916A CH 342560 A CH342560 A CH 342560A CH 342560 A CH342560 A CH 342560A CH 389916 A CH389916 A CH 389916A
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CH
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voltage
parallel
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CH342560A
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Merrill Rhoades John
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Gen Electric
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/33Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an analogue measuring device
    • G05B19/35Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an analogue measuring device for point-to-point control
    • G05B19/351Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an analogue measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude

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Description

  

  Gerät zur Stellungsanzeige    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur  Stellungsanzeige, das ein die Relativlage zweier Ge  genstände anzeigendes elektrisches Signal     liefert    und  eine     Wechselstrombrücke    enthält, von der zwei  Zweige aus symmetrischen Wicklungen an gleichen  Kernen bestehen, die körperlich mit dem einen der  beiden Gegenstände verbunden sind, während der  andere Gegenstand körperlich mit einem im magne  tischen Einflussbereich dieser Kerne angeordneten  Material verbunden ist, das eine Profilierung auf  weist.  



  Der Zweck der vorliegenden     Erfindung    besteht  in der Schaffung einer verbesserten     Lageanzeigeein-          richtung,    welche mit relativ billigen Einzelteilen her  gestellt werden kann, ein grosses     Auflösevermögen     besitzt, in der Lage ist, ein direkt     auswertbares    Signal  zu erzeugen, dessen Höhe eine Anzeige für die Stel  lung bzw.

   Lage des Objektes ist, und ferner dazu  verwendet werden kann, eine kleine relative Bewe  gung zwischen der     Anzeigeeinrichtung    und einem  Objekt zu steuern, welche eine genaue Anzeige der  relativen Lage des Objektes bezüglich der Einrich  tung ermöglichen soll und die ohne weiteres mit be  stehenden     Ferngebersystemen    bzw.     Selsynsystemen     verwendet werden kann, ohne dass eine Wechselspan  nung mit einer unterschiedlichen Frequenz zugegeben  werden müsste.  



  Bei Steuereinrichtungen, die die Lage von zwei  Objekten steuern, wie beispielsweise die relative Lage  zwischen dem Werkzeug einer Werkzeugmaschine  und dem Werkstück, ist eine genaue Anzeige dieser  Lage von ausschlaggebender Bedeutung.  



  Wenn die Genauigkeit der relativen Lageanzeige  sehr gross ist, kann es erforderlich werden, mehrere  bekannte     Ferngebervorrichtungen    zu verwenden, um  die relative Lage wiederzugeben. Je grösser jedoch die  Zahl der verwendeten     Ferngebervorrichtungen    ist, um    so teurer wird die gesamte Einrichtung. Die Lage  anzeigeeinrichtung gemäss der vorliegenden Erfin  dung soll nun relativ billig und einfach sein.  



  Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass  das profilierte Material aus einer Mehrzahl von un  tereinander gleichen,     langgestreckten,    zylindrischen  Stiften aus     ferromagnetischem    Werkstoff besteht, die  mit parallelen Achsen unter gegenseitiger Berührung  nebeneinander angeordnet sind, und     d'ass    die grösste       Querschnittsabmessung    der den Stiften zugewendeten       Wicklungskernteile,    gemessen in einer zur     Hüllfläche     der Stiftreihe parallelen Fläche und in einer Normal  ebene durch die Stiftachsen, ungefähr gleich dem Ra  dius der Stifte ist.  



  Die Erfindung soll anliegend anhand der beilie  genden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert  werden. Im einzelnen zeigen:       Fig.    1 das Linienschaltbild einer     Lageanzeigeein-          richtung,          Fig.    2 die Einzelteile des Schaltbildes der     Fig.    1,  in perspektivischer     Darstellung;

      wobei einzelne Teile  aus Gründen der     übersichtlichkeit    im Schnitt dar  gestellt sind,       Fig.    3 eine Seitenansicht der Teile der     Fig.    2  zur Erläuterung des Betriebes der gezeigten Teile,       Fig.    4 eine     Lageanzeigeeinrichtung,    die beispiels  weise bei     Lagesteuersystemen    verwendet werden  kann,       Fig.    5 eine Seitenansicht von einigen Teilen eines  weiteren     Ausführungsbeispieles    und       Fig.    6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer  Lageanzeigevorrichtung, die in einer weiteren Lage  steuervorrichtung verwendet werden kann.  



  In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche  Bezugszeichen gleiche Teile.  



  Die     Lageanzeigeeinrichtung    der     Fig.    1 enthält  eine Brückenschaltung 10. Eine Seite dieser Brücken-      Schaltung 10 weist vier in Serie liegende     Induktivi-          täten    oder Spulen 12, 13, 16 und 17 auf, die um  Kerne 22, 23, 26 bzw. 27 gewickelt sind. Die vier  Spulen 12, 13, 16 und 17 sowie die zugehörigen  Kerne 22, 23, 26 und 27 besitzen, soweit dies mög  lich ist, gleiche physikalische und elektrische Eigen  schaften. Die andere Seite der Brückenschaltung 10  weist eine geeignete     Wechselstromquelle    auf.

   Der  Wechselstrom kann von der Sekundärwicklung 32  eines Transformators 30 geliefert werden, dessen  Primärwicklung 34 zur Erregung der Brückenschal  tung 10 mit einer     Wechselstromquelle    verbunden ist.  Die Verwendung eines Transformators 30 empfiehlt  sich deswegen, damit die Sekundärspannung frei ge  wählt werden kann und darüber hinaus gegenüber  dem Netz eine Isolation gegeben ist. Die Sekundär  wicklung 32 besitzt eine     Mittelanzapfung    36, die so  nah wie irgend möglich bei der elektrischen Mitte  der Sekundärwicklung liegt. Die räumliche Anord  nung und die Form der Spulen 12, 13, 16 und 17  sowie deren Kerne 22, 23, 26 und 27 geht aus der  perspektivischen Darstellung der     Fig.    2 hervor.

   Die  Eisenkerne 22, 23, 26 und 27 können als     C-förmig     bezeichnet werden; sie sind aus einem magnetischen  Material hergestellt, dessen Querschnitt rechteckig ist.  Die zwei Kerne 22 und 23 bilden eine erste Kern  einheit 21, während die beiden     anderen    Kerne 26  und 27 eine zweite Kerneinheit 25 bilden. Die beiden  Kerne jeder Kerneinheit 21 bzw. 25 sind symmetrisch  beidseitig der jeweiligen     Kerneinheitsachsen    24 und  28 angeordnet. Die beiden Kerneinheiten 21 und 25  liegen in im wesentlichen parallel zueinander ver  laufenden Ebenen. In gleicher Weise verlaufen die  Achsen 24 und 28 im wesentlichen parallel zuein  ander.

   Die Enden der Kerne sind eben und recht  eckig und sind relativ zueinander derart angeordnet,  dass zwei im wesentlichen gleich grosse Luftspalte in  jeder Kerneinheit 21 bzw. 25 gebildet sind. Vor  zugsweise sind die vier Luftspalte so ausgebildet,     d@ass     sie alle gleiche magnetische Eigenschaften aufweisen  und symmetrisch zu den Achsen 24 und 28 liegen.  Vorzugsweise liegen die Enden der Kerne 22 und 26  an der einen Seite der beiden Achsen. 24 und 28  in einer gemeinsamen Ebene; in gleicher Weise liegen  die Enden der     Kerne    23 und 27 auf der anderen  Seite der Achsen 24 und 28 ebenfalls in einer ge  meinsamen Ebene.

   Schliesslich sollen die beiden Ebe  nen parallel zueinander und parallel zu den Achsen  24 und 28 der beiden Einheiten verlaufen, so dass  die beiden Ebenen einen gleichen Abstand von den  Achsen 24 und 28 aufweisen. Die Spulen 12 und 13  der ersten Kerneinheit 21 liegen vorzugsweise in Serie  zueinander und sind gleichsinnig gewickelt, so dass  der von der einen Spule 12 erzeugte Fluss den von  der Spule 13 erzeugten Fluss verstärkt. In ähnlicher  Weise liegen die Spulen 16 und 17 der zweiten Kern  einheit 25 wicklungsmässig und elektrisch in Serie,  so dass der von der einen Spule 16 erzeugte Fluss  den von der anderen Spule 17 erzeugten Fluss unter  stützt.

   Die Spulen 12 und 13 der ersten Kerneinheit    25 liegen in Serie zu den Spulen 16 und 17 der  zweiten Kerneinheit 25 über einen Ausgleichswider  stand 40, der einen beweglichen     Abgriffkontakt    42  aufweist, der elektrisch mit dem Widerstand in Ein  griff steht und relativ zu diesem verschoben werden  kann. Da die Spulen 12, 13, 16 und 17 in Serie  liegen und die Sekundärwicklung 32 des Transfor  mators 30 parallel zu der Serienverbindung der Spu  len 12, 13, 16 und 17 liegt, gelangt die von der  Sekundärwicklung 32 abgegebene Spannung zu den  Spulen 12, 13, 16 und 17.  



  Eine für den vorliegenden Zweck geeignete  Wechselspannung ist beispielsweise eine Spannung  von<B>115</B> Volt und 60 Hz. Eine Speisespannung von  115 Volt und einer Frequenz von 420 Hz oder  höher ist hingegen vorzuziehen, da dann einige  Schaltelemente räumlich kleiner gehalten werden kön  nen. Wenn diese Spannung auf die Primärwicklung  34 übertragen wird, erscheint eine Spannung an der  Sekundärwicklung 32 und somit auch an den in  Serie zueinander geschalteten Spulen 12, 13, 16 und  17.

   Wenn der     Mittelabgriff    36 der Sekundärwick  lung 32 an dem elektrischen Mittelpunkt der Sekun  därwicklung 32 liegt und wenn der bewegliche Kon  takt 42 des Ausgleichswiderstandes so liegt, dass die  Impedanz einer     Spulengruppe    12, 13 und der eine  Teil des Ausgleichswiderstandes 40 gleich der Impe  danz der anderen Gruppe von Spulen 16, 17 gemein  sam mit dem restlichen Teil des Ausgleichswiderstan  des 40 ist, dann ist der Spannungsabfall zwischen  den Enden der Sekundärwicklung 32 und der Mittel  anzapfung 36 bzw. dem beweglichen Kontakt 42 des  Ausgleichswiderstandes 40 praktisch gleich der hal  ben Gesamtspannung der Sekundärwicklung 32.

   Bei  den angegebenen     Abstimmungs-    bzw.     Abgleichbe-          d@ingungen    ist die Spannung des     Mittelabgriffes    36  gegenüber irgendeinem gegebenen Punkt gleich der  Spannung des beweglichen Kontaktes 42 bezüglich  des gleichen Punktes, so dass keine Spannung zwi  schen dem     Mittelabgriff    36 und dem beweglichen  Kontakt 42 existiert.

   An den Ausgangsklemmen er  scheint somit keine     Ausgangssignalspannung.    Wenn  hingegen die Impedanz irgendeiner Spule 12, 13, 16  und 17 sich ändert, dann wird der Spannungsabfall  an der einen Gruppe von Spulen 12, 13 unterschied  lich gegenüber dem Spannungsabfall an der anderen  Gruppe von Spulen 16, 17, so dass dann der beweg  liche Kontakt 42 ein anderes Potential einnimmt als  dasjenige, auf welchem sich die     Mittelanzapfung    36  befindet. Unter diesen Voraussetzungen erscheint so  mit an den Ausgangsklemmen eine Spannung, deren  Höhe und Polarität von der relativen Höhe und der  Richtung der     Impedanzänderung    zwischen den bei  den     Spulengruppen    12, 13 und 16, 17 abhängt.  



  Die     Impedanzänd!erung    wird nun durch mehrere  zylindrisch geformte Stifte 50 aus magnetischem Ma  terial hervorgerufen. Bei dem Ausführungsbeispiel  der     Fig.    2 und 3 sind die Stifte 50     mittels    einer  geeigneten Klemm- oder Haltevorrichtung 52 derar-           tig    befestigt, dass die einzelnen Zylinder in engem  Kontakt miteinander stehen und ihre Längsachsen  parallel zueinander verlaufen. Die Halterung 52 ist  im Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass die Ach  sen der Stifte 50 in einer Ebene liegen, d. h. die Ach  sen derselben schneiden eine Gerade. Bei den     Fig.    2  und 3 erfolgt die Relativbewegung der Stifte 50 zu  den     Wicklungskerneinheiten    21 und 25 in einer  Ebene.

   Die Relativbewegung kann auch von einer  Geraden abweichen, z. B. auf einem Kreisbogen er  folgen. Welche Kurvenform man wählt, richtet sich  nach dem jeweiligen Verwendungszweck der Einrich  tung. Die von der Klemmvorrichtung 52 gehaltenen  Stifte 50 bilden eine Oberfläche, die durch eine Reihe  von einander ähnlichen halbkreisförmigen Profilen  gebildet ist. Diese Profile sind aus     Fig.    3 zu ersehen.  Die Stifte 50 sind in der Richtung ihrer Achsen etwas  länger als der Abstand zwischen den Enden der  Kerne, so dass in allen Luftspalten ein oder zwei  Stifte 50 vorhanden sind.

   Da die Stifte 50 einerseits  und die Kerne 22, 23, 26 und 27 anderseits relativ  zueinander bewegt werden, ändert sich der magneti  sche Widerstand der Luftspalte in Abhängigkeit von  der     Querschnittsfläche    der Stifte 50, die sich jeweils  in den Luftspalten befindet. Mit der Änderung des  magnetischen Widerstandes der Luftspalte     ändert    sich  auch der magnetische     Flusswiderstand    der Kerne 22,  23, 26 und 27. Diese Änderung des magnetischen  Widerstandes ändert auch die Impedanz der Spulen  12, 13, 16 und 17.

   Wenn die Impedanz der Spulen  12 und 13 der ersten     Spuleneinheit    21 von der       Impedanzänderung    der Spulen 16 und 17 der zwei  ten Kerneinheit 25 abweicht, ist die Brückenschaltung  10 nicht mehr abgeglichen bzw. abgestimmt. Diese  Verstimmung bewirkt,     d'ass    eine Ausgangsspannung  abgegeben wird, deren Höhe und Polarität dem Be  trag und der Richtung der Verstimmung entspricht.  Die Ausgangsspannung kann dazu verwendet wer  den, die relative Lage der Stifte 50 einerseits zu den  Kernen 22, 23 und den Kernen 26, 27 anderseits  zur Anzeige zu bringen.  



  Das Ausgangssignal, das sich aus einer relativen  Bewegung der Stifte 50 zu den Kernen 22, 23, 26  und 27 ergibt, kann viele Formen annehmen. Eine  Form, die insbesondere bei     Lagesteuersystemen    den  Vorzug verdient, ist die     Sinusform,    da die     Sinusform     häufig bei induktiv arbeitenden     Lagesteuereinrichtun-          gen    verwendet wird. Wenn die     Lagesteuereinrichtung     eine modulierte Wechselspannung erzeugt, deren  Höhe sich gemäss einer     Sinuslinie    ändert, kann sie  ohne weiteres gemeinsam mit     Lageanzeigeeinrichtun-          gen    verwendet werden.

   Wenn die Stifte 50 zylindrisch  sind, d. h. einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen,  und wenn die Enden der Kerne 22, 23, 26 und 27  im wesentlichen durch ebene Flächen gebildet wer  den und eine rechteckige Form aufweisen, deren  Breite der Hälfte des Durchmessers D der Stifte  entspricht, dann erzeugt eine relative Bewegung der  Stifte 50 gegenüber den Kerneinheiten 21 und 25 der       Fig.    2 und 3 eine     Ausgangs-Wechselspannung,    deren    Höhe sich gemäss einer     Sinusfunktion    bei einer rela  tiven Bewegung ändert.  



  Bei dem Ausführungsbeispiel werden zwei Spu  len und zwei Kerne in jeder Kerneinheit     verwendet;     es ist jedoch auch möglich, eine Spule und einen  Kern in jeder Einheit zu verwenden. Die Verwendung  von zwei Spulen und zwei     Kernen    pro Kerneinheit ist  jedoch deswegen vorteilhaft, weil der Einfluss einer  Bewegung der Stifte quer zu den Kernen herabgesetzt  ist, so dass die Genauigkeit der Anzeige und' somit  die Qualität der     Anzeigeeinrichtung    verbessert ist.  



  Aus     Fig.    3 ist zu ersehen, dass die Achse 24  der ersten Kerneinheit 21 um ein     ganzzahliges    Viel  faches des Stiftdurchmessers D plus der     Hälfte    eines  Stiftdurchmessers D von der Achse 28 der zweiten  Kerneinheit 25     getrennt    ist. Der Abstand entspricht  somit - elektrisch gesehen - einem     ganzzahligen     Vielfachen von 360     Winkelgraden    plus 180 Winkel  graden. Ein derartiger Abstand ist deswegen vorteil  haft, weil die Ausgangsspannung eine maximale Höhe  bei den relativen Lagen der Stifte gegenüber den  Kerneinheiten 21 und 25 erreicht.

   Die relative Lage  der Stifte 50 gegenüber den Kernen 22, 23, 26 und  27 in     Fig.    3 entspricht der maximalen Verstimmung  in der einen Richtung der Brückenschaltung 10. Die  dargestellte Lage entspräche Null Winkelgraden. Die  maximale Verstimmung ist deswegen gegeben, weil  der Luftspalt zwischen den Kernen 22 und' 23 der  ersten     Kerneinheit    21 ein Minimum erreicht, wäh  rend der Luftspalt zwischen den Kernen 26 und 27  der zweiten Kerneinheit 25 eine maximale Grösse  erreicht. Für diese relative Lage nimmt die Ausgangs  spannung in einer Richtung, beispielsweise in der  positiven Richtung, ein Maximum an. Wenn die  Kerneinheiten 21 und 25 gegenüber dien Stiften 50  bewegt werden, ändern sich die Abmessungen der  Luftspalte.

   Wenn die     Kerneinheiten    21 und 25 rela  tiv zu den Stiften 50 um eine Strecke bewegt wor  den sind, die dem vierten Teil eines Stiftdurchmessers  bzw. 90 Winkelgraden gegenüber der in     Fig.    3 ge  zeigten Stellung entspricht, ist der magnetische Wi  derstand aller Luftspalte gleich. Als eine Folge hier  von wird für diese relative Lage die Ausgangsspan  nung praktisch Null.

   Wenn die Kerneinheiten 21  und 25 relativ zu den Stiften 50 weiterhin in der  gleichen Richtung bewegt werden, erreicht der Luft  spalt zwischen den Kernen 22 und 23 der ersten  Kerneinheit 21 ein Maximum und der Luftspalt zwi  schen den Kernen 26 und 27 der zweiten Kern  einheit ein Minimum, und zwar dann, wenn die  zurückgelegte Wegstrecke gegenüber der in     Fig.    3  gezeigten Lage einem halben Stiftdurchmesser D  bzw. 180 Winkelgraden entspricht. In dieser Stellung  ist die Brückenschaltung 10 in der anderen Rich  tung maximal     verstimmt.    Die Ausgangsspannung er  reicht somit ein Maximum in der anderen Richtung,  d. h. bei dem angenommenen Beispiel in der nega  tiven Richtung.

   Bei einer weiteren relativen Bewe  gung in der gleichen Richtung wird die Ausgangs  spannung dann Null, wenn der zurückgelegte Weg           3/,r    des Stiftdurchmessers D, d. h. 270 Winkelgraden,  entspricht. Wenn die zurückgelegte Wegstrecke  schliesslich einem gesamten Durchmesser D ent  spricht, nehmen die Kerneinheiten 21 und 25 bezüg  lich der     Stifte    50 wiederum die gleiche Lage ein,  die in     Fig.    3 gezeigt ist.  



  Bei dem gezeigten Beispiel wird somit eine Aus  gangsspannung erzeugt, deren Höhe und Polarität  sich bei einer relativen Bewegung     sinusförmig    ändert.  Die relative Bewegung um einen Stiftdurchmesser D  erzeugt eine Ausgangsspannung, die gleich der Span  nung eines     Ferngebertransformators    bzw. eines     Sel-          syn-Transformators    ist, wenn der Rotor eine volle  Umdrehung ausführt. Die Ausgangsspannung kann  auf verschiedenen Wegen zur relativen Lageanzeige  der Stifte 50 bezüglich der Kerneinheiten 21 und 25  verwendet werden.  



  Bei der gezeigten Einrichtung sind zylindrische  Stifte vorgesehen, da Stifte dieser Art leicht und in  grossen Mengen mit einem hohen Genauigkeitsgrad  hergestellt werden     körnen.    So können beispielsweise  Stifte mit einer Genauigkeit von 0,5     10-6    cm be  züglich des Durchmessers leicht und     billig    hergestellt  werden. Abgesehen hiervon sind jedoch auch andere  Profile und Formen anwendbar. So können beispiels  weise zwei halbkreisförmige Profile dadurch her  gestellt werden, dass sie aus einem einzigen festen  Materialstück gewonnen werden. Eine derartige An  ordnung würde die Notwendigkeit einer dichten Ver  bindung der Stifte Seite an Seite ausschliessen.

   Die  Profile können jedoch auch andere Formen anneh  men, wie beispielsweise dreieckige Formen oder von  einer Kreislinie abweichende gekrümmte Formen.  Schliesslich ist es auch möglich, dass das sich wieder  holende Profil nur an einer Seite des Materials auf  tritt, während die andere Seite eben bzw. flach ist.  In diesem Fall ist es möglich, nur an der Seite  Kerne zu verwenden, die ein geformtes Profil auf  weist, da offensichtlich Kerne an der flachen bzw.  ebenen Seite nicht erforderlich sind. Wie bereits aus  geführt, sind in diesem Fall die halbkreisförmigen  Profile, die aus zylindrischen Stiften gewonnen wer  den können, vorzuziehen, da sie zur Erzeugung einer  Spannung geeignet sind, deren Höhe sich     sinusför-          mig    in Abhängigkeit von der relativen Lage ändert.  



  Mehrere Einrichtungen gemäss dem Ausführungs  beispiel der     Fig.    1, 2 und 3 wurden hergestellt und  erfolgreich in Betrieb     gesetzt.    Bei einer Ausführungs  form wurde eine Spannung von 40 Volt und 420 Hz  auf die Spulen der Kerne übertragen. Die jeweiligen  Kerne der Kerneinheiten waren so weit voneinander  getrennt, dass der Luftspalt etwa 3 mm betrug. Es  wurden eine Reihe von Stiften verwendet, deren  Durchmesser 2,5 mm betrug. Bei einer relativen Be  wegung der Stifte zu den Kerneinheiten wurde     eine     Ausgangsspannung von 420 Hz an den Ausgangs  klemmen gebildet, deren Höhe sich     sinusförmig    än  derte und die sich alle 2,5 mm der relativen Bewe  gung wiederholte.

   Die Ausgangsspannung erreichte  eine maximale Spitzenamplitude von 0,85 Volt, die    Genauigkeit änderte sich     sinusförmig;    sie lag inner  halb 0,025 mm relativ zur Lage.  



  Eine praktische Anwendung der     Lageanzeigeein-          richtung    ist ein     Lagesteuersystem,    wie es beispiels  weise in     Fig.    4 gezeigt ist. Bei dem Beispiel sei an  genommen, dass das     Lagesteuersystem    bzw. die     Stel-          lungsgebereinrichtung    einen Werktisch 60 aufweist,  der unter einem Werkzeug     hindurchbewegt    werden  soll, welches irgendeinen     Bearbeitungsprozess    an dem  Werkstück ausführt, welches auf dem Werktisch 60  befestigt ist. Der Werktisch 60 wird mittels einer  Zahnstange 62 bewegt, die durch ein     Ritzel    64  angetrieben ist.

   Das     Ritzel    ist mit einem Motor 66  verbunden, welcher das     Ritzel    64 so dreht, dass sich  der Werktisch 60 in der gewünschten Richtung be  wegt. Der Motor wird von einer     Motorsteuereinrich-          tung    68 angetrieben, wie es beispielsweise in der       US-Patentschrift    Nr. 2 764 720 vom 25. Sept. 1956  'beschrieben ist. Die     Motorsteuereinrichtung    68 wird  mit einem Fehlersignal von einem     Diskriminator    70  gespeist. Ein derartiger     Diskriminator    ist ebenfalls  in der angegebenen Patentschrift beschrieben.

   Der       Diskriminator    vergleicht das Signal eines     übernahme-          stromkreises    72, welcher ebenfalls in der angegebe  nen Patentschrift beschrieben ist, mit einem Signal,  das von einer geeigneten     Wechselstromquelle    stammt.  Der     Diskriminator    70 erzeugt ein Fehlersignal, des  sen Höhe proportional zu der Differenz zwischen  dem     Wechselstromspeisesignal    und dem Steuersignal  ist, welches von dem Übernahmestromkreis 72  stammt. Der Stromkreis 72 ist in der angegebenen  Patentschrift beschrieben und erfüllt die Aufgabe,  nacheinander je ein Signal von mehreren Steuersignal  quellen auszuwählen.

   Ein oder mehrere Steuersignale  werden von einem oder mehreren     Rotorwicklungen     bzw. Rotoren 74 von einem oder mehreren Fern  geber- bzw.     Selsyn-Transformatoren    76 abgenom  men. Ein weiteres Steuersignal wird von einem Ver  gleichsstromkreis 78 gewonnen, welcher mit     einem     Signal von der Brückenschaltung 10 gespeist wird.

    Es ist bekannt, dass die     Statorwicklungen    bzw. die       Statoren    79 von dem Ferngeber- bzw.     Selsyn-Trans-          formator    76 mit vorgegebenen Spannungen gespeist  werden können, die einem Programm entsprechen,  wobei die Spannungen einer geeigneten Quelle, bei  spielsweise einem mit Abgriffen versehenen Trans  formator, entnommen werden können. Die Abgriffe,  die die     Statorwicklungen    speisen, können bewegt oder  derart geschaltet werden,     d'ass    die Spannung die ge  wünschte Lage des Werktisches 60 anzeigt.

   Die Ab  griffe des Transformators 80 können mechanisch be  wegt oder durch einen Konverter 82 geschaltet wer  den, der eingegebene Digitalwerte in Analogsignale  umwandelt, die von einem     Informationsabnahmegerät     84 stammen. Das Abnahmegerät 84     erfasst    die Daten  bzw. Informationen, die von einem Datenspeicher  86 stammen, beispielsweise von Lochkarten oder  einem Band. Mit dem Rotor 74 ist ein Anzeige  zahnrad 88 verbunden, das mit dem     Ritzel    64 in  Eingriff steht.

   Der     Selsyn-Transformator    76 arbeitet      nun derart, dass der Rotor 74 mit einer Spannung  induziert wird, die bei der Übertragung über den  Übernahmestromkreis 72, den     Diskriminator    70 zu  der     Motorsteuereinrichtung    68 eine Drehung des Mo  tors 66 zur Folge hat, bis an dem Rotor 74 keine  Spannung mehr erscheint. Der Werktisch 60 'bewegt  sich gleichzeitig in die gewünschte Lage. Die ge  zeigte Anordnung stellt somit eine     Lagesteuereinrich-          tung    bzw. eine     Stellungsgebereinrichtung    für den  Werktisch 60 dar.

   Es sei darauf hingewiesen, dass  mehr als ein     Selsyn-Transformator    76 verwendet wer  den kann, beispielsweise mehrere     Selsyn-Einrichtun-          gen,    wie dies in der oben angegebenen Patentschrift  beschrieben ist. Wenn der Motor 66 das     Ritzel    64  und somit auch das     Anzeigezahnrad    88, welches den  Rotor 74 antreibt, in eine Lage gedreht hat, in wel  cher der Rotor 74 höchstens eine sehr geringe Span  nung abgibt, wählt der Übernahmestromkreis 72 die  Spannung aus, die von dem Vergleichsstromkreis 78  stammt.

   Ein derartiger Stromkreis ist allgemein be  kannt und kann verschiedene Formen annehmen, wie  beispielsweise aus den Seiten 335 bis 336 der        Waveforms ,    Band 19 der      Radiation        Laboratory          Series ,    1. Auflage, veröffentlicht 1949 bei     Mc        Graw          Hill        Book        Comp.        Inc.,    hervorgeht.

   Der Vergleichs  stromkreis 78 erzeugt eine Spannung, die eine An  zeige für den relativen Wert der Spannung ist, die  durch die Brückenschaltung 10 und eine vorgegebene  Spannung gegeben ist, die dem     Speisetransforamtor     80 entnommen werden kann. Die vorgegebene Span  nung entspricht ebenfalls dem vorgegebenen Pro  gramm und zeigt bezüglich der Brückenschaltung 10  und der     Stifte    50 die gewünschte Lage des Werk  tisches 60 an.

   Die Differenz zwischen der Spannung  der Brückenschaltung 10 und der vorgegebenen  Spannung wird auf den Übernahmestromkreis 72  übertragen und gelangt über den     Diskriminator    70  zu der     Motorsteuereinrichtung    68 und schliesslich zu  dem Motor 66, welcher das     Ritzel    64 dreht und den  Werktisch 60 somit so lange verschiebt, bis durch  die Stifte 50, die mit der Brückenschaltung 10 zu  sammenwirken, eine im wesentlichen gleiche Span  nung wie die vorgegebene Spannung hervorgerufen  wird. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, gelangt kein  weiteres Steuersignal zu dem Motor 66, so dass die  Steuereinrichtung zur Ruhe kommt.

   Nachdem der  Arbeitsvorgang abgeschlossen ist, können neue Span  nungen der Sekundärwicklung des Speisetransforma  tors 80 entnommen werden, die den Werktisch 60  in eine neue Lage bewegen.  



  Die Anwendung der     Lageanzeigeeinrichtung    ist  im Zusammenhang mit     Fig.    4 anhand einer     Stellungs-          gebereinrichtung    beschrieben worden, die     eine    Bewe  gung nur in einer Geraden zulässt. Es sei jedoch  darauf hingewiesen, dass die     Lageanzeigeeinrichtung     in gleicher Weise bei     Stellungsgebereinrichtungen    ver  wendet werden kann, welche Bewegungen in mehr  als einer Richtung zulassen. Ein Beispiel hierfür ist  ein System, bei welchem ein Objekt in beiden hori  zontalen und in der vertikalen Richtung bewegt wird.

      Es ist allgemein bekannt, dass eine     Sinuslinie    eine  relativ kleine Neigung in den Gebieten der Richtungs  umkehr,     d.    h. an den Spitzen, aufweist. Bei der     Posi-          tionsgebereinrichtung    des beschriebenen Typs bedingt  dies, dass die     Spannung    des     sinusförmigen    Ausgangs  signals der Brückenschaltung 10 sich für eine relativ  grosse Bewegung zwischen den Stiften und den Ker  nen nur     geringförmig    in diesen Gebieten verändert.  Eine Folge hiervon ist, dass die Lageanzeige durch       ein    derartiges Signal nicht so genau wie erwünscht  sein kann.

   Die Genauigkeit kann durch die Verwen  dung eines     Lagegebersystems    verbessert werden, wel  ches eine     Motorsteuereinrichtung    aufweist, die den,  Motor in Abhängigkeit von der Phase eines. Steuer  signals antreibt. Ein Steuersignal, dessen Phase die  relative Lage anzeigt, kann durch die Verwendung  zweier vollständiger Brückenschaltungen 10 des in       Fig.    1, 2 und 3 gezeigten Typs gewonnen werden.  Jede Brückenschaltung enthält zwei Kerneinheiten  21, 25 und 21', 25' und vier Spulen 12, 13, 16,  17 bzw. 12', 13', 16', 17', die angeordnet sind, wie  dies aus     Fig.    5 hervorgeht.

   Die einander benachbar  ten Kerneinheiten 25 und 21' sind um eine Strecke  voneinander entfernt, die gleich einem     ganzzahligen     Vielfachen des Stiftdurchmessers D plus dem vierten  Teil eines Stiftdurchmessers D ist, d. h. einer Entfer  nung, die - elektrisch gesehen - durch ein     ganzzah-          liges        Vielfaches    von 360 Winkelgraden plus 90 Win  kelgraden gegeben ist. Eine Brückenschaltung wird  durch eine Speisespannung gegebener Phase erregt,  während die andere Brückenschaltung durch     eine     Spannung erregt werden kann, deren Phase     dbrjeni-          gen    Phase der ersten Brückenschaltung um 90 Grad  vor- oder nacheilt.

   Die Ausgangssignale der beiden  Brückenschaltungen können zu     einem    Signal vereinigt  werden, dessen Höhe im wesentlichen konstant bleibt;  aber dessen Phase sich in Abhängigkeit von der  relativen Lage der Stifte und der beiden Brücken  schaltungen zueinander ändert. Die Phase durchläuft  dabei bei einer relativen Bewegung um einen Stift  durchmesser 360 Grad. Die Phase ändert sich dabei  linear mit der Bewegung; die beschriebene     Lagean-          zeigeeinrichtung    kann somit gemeinsam mit     Stellungs-          gebersystemen    verwendet werden, bei denen die ge  wünschte Stellung durch eine Phase gegeben ist.

      Eine praktische Anwendung der gerade beschrie  benen Lageanzeigevorrichtung ist mit dem Steuer  system der     Fig.    6 gegeben. Die nicht einen Teil der       Lageanzeigeeinrichtung    bildenden     Bestandteile    sind  allgemein bekannt und beispielsweise in der     US-Pa-          tentschrift    Nr. 2 866145 vom 23. Dezember 1958  beschrieben. Das System kann einen Werktisch 60  aufweisen, welcher in der angezeigten Richtung be  wegt werden kann.  



  Der Werktisch 60 kann in gleicher Weise bewegt       werden,    wie dies anhand von     Fig.    4 erläutert wurde,  d. h. mittels einer Zahnstange 62, die mit einem       Ritzel    64 in Eingriff steht, das von einem Motor 66  angetrieben ist. Der Motor wird dabei durch Signale      betrieben, die von einer     Motorsteuereinrichtung    68  stammen, wie dies bereits anhand von     Fig.    4 er  läutert worden ist. Wie bereits zu der     Fig.    5 aus  geführt wurde, kann ein Signal konstanter Ampli  tude gewonnen werden, dessen Phase sich in Abhän  gigkeit von der relativen Lage der Stifte 50 zu den  beiden Brückenschaltungen 10 und 10' ändert.

   Wie  bereits ausgeführt, enthalten die beiden Brückenschal  tungen 10 und 10' je zwei vollständige Kerneinheiten  21, 25 und 21', 25' mit den jeweiligen Spulen. Die  Brückenschaltungen 10 und 10' werden durch Span  nungen erregt, die um 90 Grad gegeneinander pha  senverschoben sind. Diese Spannungen werden dem       Brückenspeisegerät    90 entnommen. Das Gerät 90  erzeugt zwei oder mehr Spannungen, die eine vor  gegebene Phasenbeziehung, im vorliegenden Fall  90 Grad, gegeneinander aufweisen, in Abhängigkeit  von einem einzigen Eingangssignal. Ein Speisegerät  dieser Art ist beispielsweise in der oben erwähnten  Patentschrift beschrieben. Das Gerät 90 wird     mit     einem Signal gespeist, welches einem Bezugskanal  eines geeigneten Speichermediums 92, wie beispiels  weise eines Bandes, entnommen wird.

   Das Signal  des     Bezugskanals    wird durch eine geeignete     Abtast-          vorrichtung    93 erfasst, in einem Verstärker 94 ver  stärkt und anschliessend dem     Brückenspeisegerät    90       zugeführt.    Die Ausgangssignale der Brückenstrom  kreise 10 und 10' werden kombiniert und stellen  ein Ausgangssignal mit konstanter     Amplitude    dar,  dessen Phase sich in Abhängigkeit von der relativen  Lage der Brückenschaltungen 10, 10' und der     Stifte     50 ändert.

   Wie bereits anhand von     Fig.    5 erläutert  wurde, sind die Spulen und Kerneinheiten der jewei  ligen     Brückenschaltungen    10, 10' um eine vorgege  bene Strecke voneinander entfernt. Das Ausgangs  signal der Brückenschaltungen 10 und 10' gelangt  zu einem     Phasendiskriminator    95, welcher die relative  Phase des Signals von den Brückenschaltungen 10  und 10' mit der Phase eines Signals vergleicht, das  von dem Signalkanal des     Speichermediums    92 ent  nommen wird. Der Signalkanal speichert die Infor  mationen für den Vorgang. Das Signal wird durch  eine     Abtastvorrichtung    96 erfasst, in dem Verstärker  97 verstärkt und dem     Diskriminator    95 zugeführt.

    Der     Diskriminator    95 vergleicht die Phase des Signals  von dem Signalkanal des Speichermediums 92 und  erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Zahlendif  ferenz anzeigt. Dieses Ausgangssignal besitzt die Ei  genschaften, die erforderlich sind, um die Motor  steuereinrichtung 68 mit der erforderlichen Informa  tion zu versehen, so dass der Motor 66 das     Ritzel     64 derart antreibt, dass der Werktisch 60 in eine  Lage     geführt    wird, die dem Signal entspricht, wel  ches dem Signalkanal entnommen worden ist.

       Wenn     der Werktisch 60 die Lage erreicht hat, die von dem  Signal des Signalkanals gefordert wird, erzeugt der       Diskriminator    95 kein Ausgangssignal mehr, so dass  der     Motor    66     anhält.    Wie bereits ausgeführt, ist ein  System, bei welchem     Selsyn-Einrichtungen    anstelle  von     Lageanzeigeeinrichtungen    verwendet werden,    bekannt. Es sei in diesem Zusammenhang nochmals  auf die     US-Patentschrift    Nr. 2 866 145 verwiesen, in  der ein derartiges System mehr im einzelnen dar  gestellt ist.

   Wie bereits anhand von     Fig.    4 erläutert  worden ist, kann die gezeigte     Lageanzeigeeinrichtung,     beispielsweise gemäss     Fig.    6, auch zum Erfassen einer  Bewegung in mehreren Richtungen verwendet wer  den.  



  Es ist zu ersehen, dass die gezeigten Lageanzeige  einrichtungen aus Einzelteilen bestehen, die relativ  billig sind und' leicht mit grosser Genauigkeit her  gestellt werden können. Die beschriebenen     Lagean-          zeigeeinrichtungen    können ohne weiteres mit beste  henden     Selsyn-Systemen    verwendet werden und kön  nen sogar mit diesen zusammenarbeiten sowie diese  entweder ganz oder teilweise ersetzen. Neben der  grossen Genauigkeit und den billigen Herstellungsko  sten weisen die gezeigten     Lageanzeigeeinrichtungen     den Vorteil auf, dass die gegeneinander bewegten  Teile sich nicht berühren, so dass Ungenauigkeiten  zufolge von Abnützungen der miteinander in Kontakt  kommenden Teile ausgeschlossen sind.



  The present invention relates to a position indicator device which supplies an electrical signal indicating the relative position of two objects and contains an alternating current bridge, of which two branches consist of symmetrical windings on the same cores that are physically connected to one of the two objects , while the other object is physically connected to a material arranged in the magnetic area of influence of these cores, which material has a profile.



  The purpose of the present invention is to create an improved position display device which can be made with relatively cheap individual parts, has a high resolution, is able to generate a directly evaluable signal, the height of which is an indication of the position or.

   The position of the object is, and can also be used to control a small relative movement between the display device and an object, which is intended to enable an accurate display of the relative position of the object with respect to the device and which can easily be with existing remote control systems or .Selsyn systems can be used without an alternating voltage having to be added with a different frequency.



  In the case of control devices that control the position of two objects, such as the relative position between the tool of a machine tool and the workpiece, an accurate display of this position is of crucial importance.



  If the accuracy of the relative position display is very high, it may be necessary to use several known teletransmitter devices in order to reproduce the relative position. However, the greater the number of remote transmitter devices used, the more expensive the entire facility becomes. The position display device according to the present invention should now be relatively cheap and simple.



  The invention is characterized in that the profiled material consists of a plurality of identical, elongated, cylindrical pins made of ferromagnetic material, which are arranged with parallel axes in mutual contact, and the largest cross-sectional dimension of the winding core parts facing the pins , measured in a surface parallel to the envelope surface of the row of pins and in a normal plane through the pin axes, is approximately equal to the radius of the pins.



  The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, for example. In detail: FIG. 1 shows the line circuit diagram of a position display device; FIG. 2 shows the individual parts of the circuit diagram of FIG. 1 in a perspective illustration;

      individual parts are shown in section for the sake of clarity, Fig. 3 is a side view of the parts of Fig. 2 to explain the operation of the parts shown, Fig. 4 is a position indicator that can be used, for example, in position control systems, Fig. 5 a side view of some parts of a further exemplary embodiment; and FIG. 6 a further exemplary embodiment of a position display device which can be used in a further position control device.



  In the different figures, the same reference symbols denote the same parts.



  The position display device of FIG. 1 contains a bridge circuit 10. One side of this bridge circuit 10 has four inductors or coils 12, 13, 16 and 17 in series, which are wound around cores 22, 23, 26 and 27, respectively . The four coils 12, 13, 16 and 17 and the associated cores 22, 23, 26 and 27 have, as far as possible, please include the same physical and electrical properties. The other side of the bridge circuit 10 has a suitable AC power source.

   The alternating current can be supplied from the secondary winding 32 of a transformer 30, the primary winding 34 of which is connected to an alternating current source for energizing the bridge circuit 10. The use of a transformer 30 is recommended so that the secondary voltage can be freely selected and, in addition, there is isolation from the network. The secondary winding 32 has a center tap 36 which is as close as possible to the electrical center of the secondary winding. The spatial arrangement and the shape of the coils 12, 13, 16 and 17 and their cores 22, 23, 26 and 27 can be seen from the perspective view of FIG.

   The iron cores 22, 23, 26 and 27 can be referred to as C-shaped; they are made of a magnetic material whose cross-section is rectangular. The two cores 22 and 23 form a first core unit 21, while the other two cores 26 and 27 form a second core unit 25. The two cores of each core unit 21 and 25 are arranged symmetrically on both sides of the respective core unit axes 24 and 28. The two core units 21 and 25 lie in planes running essentially parallel to one another. In the same way, the axes 24 and 28 are essentially parallel to each other.

   The ends of the cores are flat and rectangular and are arranged relative to one another in such a way that two essentially equally large air gaps are formed in each core unit 21 and 25, respectively. The four air gaps are preferably designed so that they all have the same magnetic properties and are symmetrical to the axes 24 and 28. Preferably, the ends of the cores 22 and 26 are on one side of the two axes. 24 and 28 in a common plane; in the same way, the ends of the cores 23 and 27 on the other side of the axes 24 and 28 are also in a common plane.

   Finally, the two planes should run parallel to one another and parallel to the axes 24 and 28 of the two units, so that the two planes are at the same distance from the axes 24 and 28. The coils 12 and 13 of the first core unit 21 are preferably in series with one another and are wound in the same direction, so that the flux generated by the one coil 12 amplifies the flux generated by the coil 13. In a similar way, the coils 16 and 17 of the second core unit 25 are wound and electrically in series, so that the flux generated by one coil 16 supports the flux generated by the other coil 17.

   The coils 12 and 13 of the first core unit 25 are in series with the coils 16 and 17 of the second core unit 25 via a compensating resistor 40 which has a movable tap contact 42 which is electrically in contact with the resistor and is moved relative to this can. Since the coils 12, 13, 16 and 17 are in series and the secondary winding 32 of the transformer 30 is parallel to the series connection of the Spu len 12, 13, 16 and 17, the voltage delivered by the secondary winding 32 reaches the coils 12, 13, 16 and 17.



  An alternating voltage suitable for the present purpose is, for example, a voltage of 115 volts and 60 Hz. On the other hand, a supply voltage of 115 volts and a frequency of 420 Hz or higher is preferable because some switching elements are then kept spatially smaller can. When this voltage is transferred to the primary winding 34, a voltage appears on the secondary winding 32 and thus also on the coils 12, 13, 16 and 17 connected in series with one another.

   If the center tap 36 of the secondary winding 32 is at the electrical midpoint of the secondary winding 32 and if the movable contact 42 of the balancing resistor is so that the impedance of a coil group 12, 13 and one part of the balancing resistor 40 is equal to the impedance of the other Group of coils 16, 17 is common sam with the remaining part of the compensation resistor 40, then the voltage drop between the ends of the secondary winding 32 and the center tap 36 or the movable contact 42 of the compensation resistor 40 is practically equal to half the total voltage of the secondary winding 32.

   With the specified tuning conditions, the voltage of the center tap 36 with respect to any given point is equal to the voltage of the movable contact 42 with respect to the same point, so that there is no voltage between the center tap 36 and the movable contact 42.

   There appears to be no output signal voltage at the output terminals. If, on the other hand, the impedance of any coil 12, 13, 16 and 17 changes, then the voltage drop across one group of coils 12, 13 is different from the voltage drop across the other group of coils 16, 17, so that the movable one Contact 42 assumes a different potential than that on which the center tap 36 is located. Under these conditions, a voltage appears at the output terminals, the level and polarity of which depends on the relative level and direction of the change in impedance between the coil groups 12, 13 and 16, 17.



  The change in impedance is now brought about by a plurality of cylindrically shaped pins 50 made of magnetic material. In the embodiment of FIGS. 2 and 3, the pins 50 are fastened by means of a suitable clamping or holding device 52 in such a way that the individual cylinders are in close contact with one another and their longitudinal axes run parallel to one another. In the exemplary embodiment, the holder 52 is designed so that the axes of the pins 50 lie in one plane, i.e. H. their axes intersect a straight line. In FIGS. 2 and 3, the relative movement of the pins 50 to the winding core units 21 and 25 takes place in one plane.

   The relative movement can also deviate from a straight line, e.g. B. he follow on an arc. Which curve shape you choose depends on the intended use of the facility. The pins 50 held by the clamp 52 define a surface formed by a series of similar semicircular profiles. These profiles can be seen from FIG. 3. The pins 50 are slightly longer in the direction of their axes than the distance between the ends of the cores so that there are one or two pins 50 in all of the air gaps.

   Since the pins 50 on the one hand and the cores 22, 23, 26 and 27 on the other hand are moved relative to each other, the magneti cal resistance of the air gap changes depending on the cross-sectional area of the pins 50, which is located in the air gaps. With the change in the magnetic resistance of the air gaps, the magnetic flux resistance of the cores 22, 23, 26 and 27 also changes. This change in the magnetic resistance also changes the impedance of the coils 12, 13, 16 and 17.

   If the impedance of the coils 12 and 13 of the first coil unit 21 differs from the impedance change of the coils 16 and 17 of the two th core unit 25, the bridge circuit 10 is no longer balanced or tuned. This detuning has the effect that an output voltage is emitted, the level and polarity of which corresponds to the amount and the direction of the detuning. The output voltage can be used to who to bring the relative position of the pins 50 on the one hand to the cores 22, 23 and the cores 26, 27 on the other hand to display.



  The output resulting from relative movement of the pins 50 to the cores 22, 23, 26 and 27 can take many forms. A shape that deserves preference in particular in position control systems is the sinusoidal shape, since the sinusoidal shape is often used in inductively operating position control devices. If the position control device generates a modulated alternating voltage, the level of which changes in accordance with a sinusoidal line, it can easily be used together with position display devices.

   When the pins 50 are cylindrical, i. H. have a circular cross-section, and if the ends of the cores 22, 23, 26 and 27 are formed by substantially flat surfaces and have a rectangular shape, the width of which is half the diameter D of the pins, then produces a relative movement of the pins 50 with respect to the core units 21 and 25 of FIGS. 2 and 3, an output alternating voltage, the level of which changes according to a sine function with a rela tive movement.



  In the embodiment, two coils and two cores are used in each core unit; however, it is also possible to use a coil and a core in each unit. However, the use of two coils and two cores per core unit is advantageous because the influence of a movement of the pins transversely to the cores is reduced, so that the accuracy of the display and thus the quality of the display device is improved.



  It can be seen from FIG. 3 that the axis 24 of the first core unit 21 is separated from the axis 28 of the second core unit 25 by an integral multiple of the pin diameter D plus half of a pin diameter D. The distance thus corresponds - from an electrical point of view - to an integral multiple of 360 degrees plus 180 degrees. Such a distance is advantageous because the output voltage reaches a maximum level at the relative positions of the pins with respect to the core units 21 and 25.

   The relative position of the pins 50 with respect to the cores 22, 23, 26 and 27 in FIG. 3 corresponds to the maximum detuning in one direction of the bridge circuit 10. The position shown would correspond to zero degrees. The maximum detuning is given because the air gap between the cores 22 and 23 of the first core unit 21 reaches a minimum, while the air gap between the cores 26 and 27 of the second core unit 25 reaches a maximum size. For this relative position, the output voltage assumes a maximum in one direction, for example in the positive direction. When the core units 21 and 25 are moved relative to the pins 50, the dimensions of the air gaps change.

   When the core units 21 and 25 relative to the pins 50 are moved by a distance which corresponds to the fourth part of a pin diameter or 90 degrees from the position shown in Fig. 3, the magnetic resistance of all air gaps is the same. As a consequence of this, the output voltage becomes practically zero for this relative position.

   If the core units 21 and 25 continue to move in the same direction relative to the pins 50, the air gap between the cores 22 and 23 of the first core unit 21 reaches a maximum and the air gap between the cores 26 and 27 of the second core unit Minimum when the distance covered compared to the position shown in FIG. 3 corresponds to half a pin diameter D or 180 degrees. In this position, the bridge circuit 10 is maximally detuned in the other direction. The output voltage thus reaches a maximum in the other direction, i. H. in the assumed example in the negative direction.

   With a further relative movement in the same direction, the output voltage is then zero when the distance covered is 3 /, r of the pin diameter D, i. H. 270 degrees. When the distance covered finally corresponds to a total diameter D, the core units 21 and 25 take up again the same position with respect to the pins 50, which is shown in FIG.



  In the example shown, an output voltage is thus generated, the level and polarity of which changes sinusoidally with a relative movement. The relative movement around a pin diameter D generates an output voltage which is equal to the voltage of a teletransmitter transformer or a Selyn transformer when the rotor rotates one full turn. The output voltage can be used to indicate the relative position of the pins 50 with respect to the core units 21 and 25 in a number of ways.



  In the device shown, cylindrical pins are provided because pins of this type can be easily produced in large quantities with a high degree of accuracy. For example, pins with an accuracy of 0.5 10-6 cm with respect to the diameter can be produced easily and cheaply. Apart from this, however, other profiles and shapes can also be used. For example, two semicircular profiles can be made here by being obtained from a single solid piece of material. Such an arrangement would eliminate the need for a tight connection of the pins side by side.

   However, the profiles can also assume other shapes, such as triangular shapes or curved shapes deviating from a circular line. Finally, it is also possible that the recurring profile occurs only on one side of the material, while the other side is even or flat. In this case it is possible to use cores only on the side that has a shaped profile, since cores are obviously not required on the flat or planar side. As already stated, in this case the semicircular profiles, which can be obtained from cylindrical pins, are to be preferred, since they are suitable for generating a voltage whose height changes sinusoidally as a function of the relative position.



  Several devices according to the embodiment of FIGS. 1, 2 and 3 have been manufactured and successfully put into operation. In one embodiment, a voltage of 40 volts and 420 Hz was transmitted to the coils of the cores. The respective cores of the core units were separated from one another so far that the air gap was about 3 mm. A number of pins 2.5 mm in diameter were used. When the pins moved relative to the core units, an output voltage of 420 Hz was formed at the output terminals, the height of which changed sinusoidally and which was repeated every 2.5 mm of the relative movement.

   The output voltage reached a maximum peak amplitude of 0.85 volts, the accuracy changed sinusoidally; it was within 0.025 mm relative to the position.



  A practical application of the position display device is a position control system such as that shown in FIG. 4, for example. In the example, it is assumed that the position control system or the position transmitter device has a work table 60 that is to be moved under a tool that carries out some machining process on the workpiece that is fastened on the work table 60. The work table 60 is moved by means of a rack 62 which is driven by a pinion 64.

   The pinion is connected to a motor 66 which rotates the pinion 64 so that the work table 60 moves in the desired direction. The motor is driven by a motor controller 68 such as that described in US Pat. No. 2,764,720 dated Sept. 25, 1956 '. The motor control device 68 is fed with an error signal from a discriminator 70. Such a discriminator is also described in the specified patent.

   The discriminator compares the signal from a takeover circuit 72, which is also described in the specified patent specification, with a signal which comes from a suitable alternating current source. The discriminator 70 generates an error signal, the magnitude of which is proportional to the difference between the alternating current feed signal and the control signal which originates from the transfer circuit 72. The circuit 72 is described in the specified patent and fulfills the task of successively selecting a signal from several control signal sources.

   One or more control signals are taken from one or more rotor windings or rotors 74 from one or more remote transmitter or Selsyn transformers 76. Another control signal is obtained from a comparative circuit 78, which is fed with a signal from the bridge circuit 10.

    It is known that the stator windings or the stators 79 can be fed with predetermined voltages from the teletransmitter or Selsyn transformer 76, which correspond to a program, the voltages from a suitable source, for example a Trans formator. The taps that feed the stator windings can be moved or switched in such a way that the voltage indicates the desired position of the worktable 60.

   The taps of the transformer 80 can be moved mechanically or switched by a converter 82 that converts the input digital values into analog signals that come from an information acquisition device 84. The acceptance device 84 records the data or information that originate from a data memory 86, for example from punch cards or a tape. With the rotor 74, a display gear 88 is connected, which is with the pinion 64 in engagement.

   The Selsyn transformer 76 now works in such a way that the rotor 74 is induced with a voltage which, when transmitted via the transfer circuit 72, the discriminator 70 to the motor control device 68, causes the motor 66 to rotate up to the rotor 74 tension no longer appears. The work table 60 'moves simultaneously into the desired position. The arrangement shown thus represents a position control device or a position transmitter device for the workbench 60.

   It should be pointed out that more than one Selsyn transformer 76 can be used, for example several Selsyn devices, as is described in the patent specified above. When the motor 66 has rotated the pinion 64 and thus also the display gear wheel 88, which drives the rotor 74, into a position in which the rotor 74 outputs at most a very low voltage, the transfer circuit 72 selects the voltage from the comparison circuit 78 originates.

   Such a circuit is generally known and can take various forms, such as from pages 335 to 336 of Waveforms, Volume 19 of the Radiation Laboratory Series, 1st Edition, published in 1949 by Mc Graw Hill Book Comp. Inc. emerges.

   The comparison circuit 78 generates a voltage which is an indication of the relative value of the voltage which is given by the bridge circuit 10 and a predetermined voltage which can be taken from the feed transformer 80. The specified voltage also corresponds to the specified program and shows the desired position of the work table 60 with respect to the bridge circuit 10 and the pins 50.

   The difference between the voltage of the bridge circuit 10 and the predetermined voltage is transmitted to the transfer circuit 72 and passes via the discriminator 70 to the motor control device 68 and finally to the motor 66, which rotates the pinion 64 and thus moves the workbench 60 until by the pins 50, which cooperate with the bridge circuit 10, a voltage substantially the same as the predetermined voltage is caused. If this condition is met, no further control signal reaches the motor 66, so that the control device comes to rest.

   After the operation is complete, new voltages can be taken from the secondary winding of the feed transformer 80, which move the workbench 60 into a new position.



  The use of the position display device has been described in connection with FIG. 4 using a position transmitter device which only allows movement in a straight line. It should be noted, however, that the position display device can be used in the same way with position transmitter devices which allow movements in more than one direction. An example of this is a system in which an object is moved in both the horizontal and vertical directions.

      It is well known that a sinusoid has a relatively small slope in the areas of reversal of direction, i.e. H. at the tips. In the case of the position transmitter device of the type described, this means that the voltage of the sinusoidal output signal of the bridge circuit 10 changes only slightly in these areas for a relatively large movement between the pins and the cores. A consequence of this is that the position indication by such a signal may not be as accurate as desired.

   The accuracy can be improved by using a position encoder system which has a motor control device that controls the motor as a function of the phase of a. Control signal drives. A control signal whose phase indicates the relative position can be obtained by using two complete bridge circuits 10 of the type shown in FIGS. 1, 2 and 3. Each bridge circuit contains two core units 21, 25 and 21 ', 25' and four coils 12, 13, 16, 17 or 12 ', 13', 16 ', 17', which are arranged as shown in FIG.

   The adjacent core units 25 and 21 'are spaced apart by a distance equal to an integral multiple of the pin diameter D plus a fourth part of a pin diameter D, i.e. H. a distance that - from an electrical point of view - is given by an integer multiple of 360 degrees plus 90 degrees. One bridge circuit is excited by a supply voltage of a given phase, while the other bridge circuit can be excited by a voltage whose phase leads or lags that of the first bridge circuit by 90 degrees.

   The output signals of the two bridge circuits can be combined into one signal, the level of which remains essentially constant; but its phase changes depending on the relative position of the pins and the two bridge circuits to each other. The phase runs through 360 degrees with a relative movement of a pin. The phase changes linearly with the movement; the position display device described can thus be used together with position transmitter systems in which the desired position is given by a phase.

      A practical application of the position indicator just described is given with the control system of FIG. The components that do not form part of the position indicator are generally known and are described, for example, in US Pat. No. 2,866,145 of December 23, 1958. The system may include a work table 60 which can be moved in the indicated direction.



  The work table 60 can be moved in the same way as was explained with reference to FIG. H. by means of a rack 62 which is in engagement with a pinion 64 which is driven by a motor 66. The motor is operated by signals that originate from a motor control device 68, as has already been explained with reference to FIG. As has already been explained in relation to FIG. 5, a signal of constant amplitude can be obtained, the phase of which changes as a function of the relative position of the pins 50 to the two bridge circuits 10 and 10 '.

   As already stated, the two bridge circuits 10 and 10 'each contain two complete core units 21, 25 and 21', 25 'with the respective coils. The bridge circuits 10 and 10 'are energized by voltages that are phase shifted by 90 degrees from one another. These voltages are taken from the bridge supply device 90. The device 90 generates two or more voltages that have a given phase relationship, in the present case 90 degrees, against each other, depending on a single input signal. A feed device of this type is described, for example, in the above-mentioned patent specification. The device 90 is fed with a signal which is taken from a reference channel of a suitable storage medium 92, such as a tape.

   The signal of the reference channel is detected by a suitable scanning device 93, amplified in an amplifier 94 and then fed to the bridge supply device 90. The output signals of the bridge circuits 10 and 10 'are combined and represent an output signal with a constant amplitude, the phase of which changes depending on the relative position of the bridge circuits 10, 10' and the pins 50.

   As has already been explained with reference to FIG. 5, the coils and core units of the respective bridge circuits 10, 10 'are spaced from one another by a predetermined distance. The output signal of the bridge circuits 10 and 10 'reaches a phase discriminator 95, which compares the relative phase of the signal from the bridge circuits 10 and 10' with the phase of a signal that is taken from the signal channel of the storage medium 92 ent. The signal channel stores the information for the process. The signal is detected by a sampling device 96, amplified in the amplifier 97 and fed to the discriminator 95.

    The discriminator 95 compares the phase of the signal from the signal channel of the storage medium 92 and generates an output signal indicating the number difference. This output signal has the properties that are required to provide the motor control device 68 with the necessary informa tion so that the motor 66 drives the pinion 64 in such a way that the work table 60 is guided into a position that corresponds to the signal, which has been taken from the signal channel.

       When the work table 60 has reached the position required by the signal of the signal channel, the discriminator 95 no longer generates an output signal, so that the motor 66 stops. As already stated, a system in which Selsyn devices are used instead of position indicators is known. In this context, reference is again made to US Pat. No. 2,866,145, in which such a system is presented in more detail.

   As has already been explained with reference to FIG. 4, the position display device shown, for example according to FIG. 6, can also be used to detect a movement in several directions.



  It can be seen that the position display devices shown consist of individual parts that are relatively cheap and 'can be easily made with great accuracy. The position display devices described can easily be used with existing Selsyn systems and can even work together with them and replace them either entirely or in part. In addition to the great accuracy and the cheap manufacturing costs, the position indicators shown have the advantage that the parts moving against one another do not touch, so that inaccuracies due to wear and tear of the parts coming into contact with one another are excluded.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Gerät zur Stellungsanzeige, das ein die Relativ lage zweier Gegenstände anzeigendes elektrisches Si gnal liefert und eine Wechselstrombrücke enthält, von der zwei Zweige aus symmetrischen Wicklungen an gleichen Kernen 'bestehen, die körperlich mit dem einen der beidien Gegenstände verbunden sind, wäh rend der andere Gegenstand körperlich mit einem im magnetischen Einflussbereich dieser Kerne an geordneten Material verbunden ist, das eine Profilie rung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses profilierte Material aus einer Mehrzahl von unter einander gleichen, langgestreckten, zylindrischen Stif ten (50) PATENT CLAIM Device for position indicator, which supplies an electrical signal indicating the relative position of two objects and contains an alternating current bridge, two branches of which consist of symmetrical windings on the same cores, which are physically connected to one of the two objects while the other The object is physically connected to a material which is arranged in the magnetic area of influence of these cores and which has a profiling, characterized in that this profiled material consists of a plurality of elongated, cylindrical pins (50) that are identical to one another. aus ferromagnetischem Werkstoff besteht, die mit parallelen Achsen unter gegenseitiger Berüh rung nebeneinander angeordnet sind, und dass die grösste Querschnittsabmessung der den Stiften zu gewendeten Wicklungskernteile (22/23), gemessen in einer zur Hüllfläche der Stiftreihe parallelen Fläche und in einer Normalebene durch die Stiftachsen, ungefähr gleich dem Radius der Stifte ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die magnetischen Kerne (22, 23, 26, 27) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzen und in einem bestimmten Abstand vonein ander angeordnet sind, wobei die Querschnitte in parallelen Ebenen liegen. 2. consists of ferromagnetic material, which are arranged next to one another with parallel axes in mutual contact, and that the largest cross-sectional dimension of the winding core parts (22/23) facing the pins, measured in an area parallel to the envelope surface of the row of pins and in a normal plane through the pin axes , is approximately equal to the radius of the pins. SUBClaims 1. Device according to claim, characterized in that the magnetic cores (22, 23, 26, 27) have a substantially rectangular cross-section and are arranged at a certain distance from one another, the cross-sections being in parallel planes. 2. Gerät nach Patentanspruch oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d'ass die Kerne (22, 23, 26, 27) auf den Gegenständen so an gebracht sind, dass ihr Abstand (nD <I>+</I> D/2) von einander gleich einem ungeraden Vielfachen des Stift radius (D) ist, wobei ein Ende der Kerne in einer gemeinsamen Ebene liegt, und dass die gegenseitige Lage der beiden relativ bewegbaren Gegenstände so gewählt ist, dass sich die Stifte in der Nähe dieser Stirnflächen der Kerne, aber im Abstand von diesen befinden, Device according to claim or sub-claim 1, characterized in that the cores (22, 23, 26, 27) are placed on the objects in such a way that their spacing (nD <I> + </I> D / 2) of each other is equal to an odd multiple of the pin radius (D), with one end of the cores lying in a common plane, and that the mutual position of the two relatively movable objects is chosen so that the pins are in the vicinity of these end faces of the cores but at a distance from them und dass die Richtung der Relativbewegung im wesentlichen längs einer vorgegebenen Linie und praktisch parallel zu den Parallelflächen verläuft. 3. Gerät nach Patentanspruch und Unteransprü chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne (22, 23, 26, 27) im wesentlichen ähnlicher C-förmiger Gestalt sind, dass ihre ebenen Enden in je einer der parallelen Ebenen liegen und die Gestalt eines Rechtecks vorgegebener Breite haben und dass die Kerne symmetrisch zu den gegenüberliegenden Seiten der Stifte (50) aufgestellt sind, wobei die En den der Kerne einander so nahe gegenüberliegen, dass sie einen Luftspalt bilden, welcher den Hin durchtritt der Stifte zulässt. 4. and that the direction of the relative movement runs essentially along a predetermined line and practically parallel to the parallel surfaces. 3. Device according to claim and dependent claims chen 1 and 2, characterized in that the cores (22, 23, 26, 27) are substantially similar C-shaped, that their flat ends are each in one of the parallel planes and the shape have a rectangle of predetermined width and that the cores are set up symmetrically to the opposite sides of the pins (50), the ends of the cores are so close opposite one another that they form an air gap which allows the pins to pass through. 4th Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass es eine zweite Brücke (10') enthält, die im wesentlichen gleich der ersten Brücke (10) aufgebaut und körperlich mit dem gleichen Gegen stand wie die erste Brücke verbunden ist, wobei der Abstand zwischen einem Wicklungskern der einen Brücke und einem Wicklungskern der anderen Brücke ein Vielfaches von Stiftdurchmessern plus einem Viertel eines Stiftdurchmessers beträgt. Apparatus according to claim, characterized in that it contains a second bridge (10 ') which is constructed essentially the same as the first bridge (10) and is physically connected to the same object as the first bridge, the distance between a winding core one bridge and a winding core of the other bridge is a multiple of the pin diameter plus a quarter of a pin diameter. 5.. Gerät nach Unteranspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die beiden Brücken (10, 10') mit 90 -Phasenverschiebung gespeist sind und dass an die Ausgänge der beiden Brücken ein Phasendiskri- minator (95) angeschlossen ist, der die gegenseitige Phasenlage der beiden Brückenausgangssignale ver gleicht. 5 .. Device according to dependent claim 4, characterized in that the two bridges (10, 10 ') are fed with 90 phase shift and that a phase discriminator (95) is connected to the outputs of the two bridges, which the mutual phase position of the two bridge output signals compares.
CH342560A 1959-04-01 1960-03-25 Device for position indication CH389916A (en)

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