Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Längs- oder Drehbewegungen Für die Programmierung von Längs- und Dreh bewegungen, beispielsweise den Vorschub bei Werk zeugmaschinen, ist bereits eine Vielzahl verschiedener Programmiersysteme bekanntgeworden.
Sie arbeiten beispielsweise mit Messeinrichtungen nach dem Durchleuchtungsverfahren mit optischen Mitteln, oder mit aktiven magnetischen Messeinrichtungen unter Verwendung einer eingeprägten Magnetisie- rung. Während beim optischen Verfahren der Mass stab von beiden Seiten zugänglich sein muss, ergibt sich bei aktiven magnetischen Messeinrichtungen eine erhöhte Störanfälligkeit gegenüber Fremdfeldern. Ferner sind Verfahren bekannt, die nach dem Dreh melderprinzip - für Längsbewegungen mit in die Ebene aufgerolltem Drehmelder - arbeiten.
In diesem Falle sind Anschlussleitungen sowohl am ortsfesten als auch am beweglichen Teil erforderlich. Darüber hinaus wirken sich der geringe Signalpegel und Stör abstand dieser Messgeräte ungünstig aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die den bekannten Programmiersystemen anhaftenden Nachteile zu vermeiden und mit geringem Aufwand die Steuerung oder Regelung von beliebigen Längs- oder Drehbewegungen mit ausreichender Genauig keit zu ermöglichen.
Es ist an anderer Stelle vorgeschlagen worden, zur Messung von Wegen einen Massstab als weich magnetisches Strichraster auszubilden und diesen Massstab mit einem Lesekopf abzutasten, der aus einem im wesentlichen geschlossenen magnetisch er regten Kreis mit Fühlspalt besteht. Die Ausgangs spannung des Lesekopfes ist vom Grad der über brückung des Fühlspaltes durch das Strichraster und damit von der Stellung des Lesekopfes abhängig.
Zur reinen Wegmessung kommt man grundsätz lich mit einem einzigen Fühlspalt aus, da es hierbei nur darum geht, die während der Relativbewegung zwischen Massstab und Lesekopf auftretenden Ma- xi@ma der Ausgangsspannung festzustellen. Zu Pro- grammierzwecken sind jedoch mindestens zwei Fühl- spalte, die in bestimmter Beziehung zueinander ste hen bzw. zwei Leseköpfe mit entsprechender Zuord nung erforderlich.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Fühlspalte mit voneinander unabhängiger magnetischer Erregung um ein ungeradzahliges Vielfaches der Strichteilung des Massstabes gegeneinander versetzt sind.
Bei Verwendung zweier Leseköpfe werden die Ausgangsspannungen, die um 90 in der Phase ver schoben sind, zweckmässig zu einer Summenspan nung zusammengesetzt. Verwendet man zwei Fühl- spalte in einem einzigen Lesekopf, so ist vorteil haft jedem Fühlspalt eine Erregerwicklung zuzuord nen, deren Magnetflüsse sich normalerweise gegen seitig aufheben.
Die Abfrage kann auf induktivem Wege erfol gen, indem im Flussweg des Fühlspaltes, beispiels weise auf einem Mittelschenkel, eine geeignete Wick lung angeordnet ist. Statt dessen kann man auch in an sich bekannter Weise einen Hallgenerator zur Abtastung heranziehen. Dadurch erzielt man den Vorteil, dass auch eine Erregung mit Gleichspan nung möglich wird.
Nähere Einzelheiten seien im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Die Aus führungsbeispiele beziehen sich auf die Verwendung von Hallgeneratoren, sind jedoch ohne weiteres auch für induktive Abtastung verwendbar. Zu diesem Zweck ist jeweils statt des Hallgenerators auf dem betreffenden Schenkel des Lesekopfes eine Abfrage wicklung anzuordnen.
Die Fig.l zeigt ein Programmiersystem unter Verwendung zweier E-förmiger Leseköpfe, in deren Mittelschenkel Hallgeneratoren angeordnet sind. Jeder Lesekopf 1, la ist mit zwei Fühlspalten 2, 3 bzw. 2a, 3a versehen. Er weist Polschuhe 4, 5 bzw. 4a, 5a auf. Die beiden Hallgeneratoren 6, 6a sind in Luftspalte des Mittelschenkels 7, 7a angeordnet. Dabei ist beim Lesekopf 1 der Hallgenerator in sei ner wirklichen räumlichen Lage dargestellt, während beim Lesekopf la die elektrischen Anschlüsse deut licher gezeigt sind.
Das Strichraster mit der Teilung a besteht aus Stegen 8 und Zwischenräumen 9. Die beiden Lese köpfe 1 und la sind um ein ungeradzahliges Viel faches der Teilung gegeneinander versetzt. Sind also beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, die Fühlspalte des Lesekopfes la überbrückt, so stehen den Fühl- spalten des Lesekopfes 1 Zwischenräume 9 gegen über.
Die Felderregung der Leseköpfe kann mit Wech selstrom (Spannungen UEl, UE2) und die Steuerstrom versorgung für die Hallgeneratoren mit Gleichspan nung (U,) erfolgen. Statt dessen kann man auch einen Steuerwechselstrom verwenden und die Erregerwick lungen mit Gleichstrom speisen. Die beiden Hallspan- nungen sind in Reihe geschaltet, so dass sich an den Klemmen 10, 11 die Summe der Hallspannungen UH ergibt. Die beiden Spannungen<B>Up,</B> und UE2 sind um 90 gegeneinander phasenverschoben.
Die Summenhallspannung an den Klemmen 10, 11 hat eine Phasenlage, die von den Amplituden der Einzelhallspannungen abhängig ist. Hat beispielsweise die eine Hallspannung ihr Maximum, die andere ihr Minimum, so hat die Summenhallspannung die Pha senlage der maximalen Einzelspannung. Haben nach Verschiebung der beiden Leseköpfe um eine halbe Strichteilung die beiden Hallspannungen den gleichen Wert, so ist die Summenhallspannung um 45 gegen die Teilhallspannungen phasenverschoben.
Man kann daher die Ausgangsspannung an den Klemmen 10, <B>11</B> in der bei Drehmeldesystemen bekannten Weise zur Programmierung verwenden und einen Weg vor geben, der einen beliebigen Bruchteil der Strichtei lung enthält. Die hohe Signalleistung beim Gegen stand der Erfindung führt zu grosser Betriebssicher heit bei solchen Programmierverfahren.
Eine andere Möglichkeit zur Programmierung ist in Fig.2 dargestellt. Auch hier ist ein E-förmiger Eisenkreis 12 vorgesehen, der grundsätzlich die gleiche Form wie der bei den Leseköpfen nach Fig. 1 hat. Die beiden Fühlspalte 13, 14 sind hier jedoch um ein ungeradzahliges Vielfaches der Strichteilung a gegeneinander versetzt, so dass bei Überbrückung eines der Fühlspalte durch einen Strich 8 der andere Fühlspalt frei bleibt.
An die Erregerspannung UE, die im Ausführungsbeispiel als Gleichspannung an genommen ist, sind zwei Erregerwicklungen 15, 16 angeschlossen, die den beiden Fühlspalten 13, 14 zugeordnet sind. Mit Hilfe von Stellwiderständen 17, 18 kann man im Normalzustand einen exakten Abgleich der Erregerflüsse erzielen, so dass der Hall- generator 19 bei vom Strichraster abgehobenem Lesekopf die Hallspannung Null abgibt. Diese sym metrische Flussverteilung wird nun durch die weich magnetischen Striche des Massstabes je nach der Stellung des Lesekopfes gestört.
Von der überbrük- kung des einen oder anderen Luftspaltes hängt die Richtung des den Hallgenerator durchsetzenden Ma gnetflusses ab. Bei Verwendung eines Steuergleich stromes für den Hallgenerator erhält man also wäh rend der Verschiebung des Lesekopfes eine peri odisch ihr Vorzeichen wechselnde Hauspannung. Zur Programmierung sind zwei Programmierwick- lungen 20 und 21 vorgesehen, die an an sich be kannte Trafokombinationen zur Vorwahl der ge wünschten Stellung angeschlossen werden können.
In Fig.2 ist allgemein mit 22 eine derartige Trafo- kombination dargestellt, über die nähere Einzelhei ten beispielsweise aus der amerikanischen Patent schrift Nr. 2 849 668 hervorgehen. Durch Umschal tung der Abgriffe bei der Trafokombination 22 kann man Programmierspannungen derart vorgeben, dass bei jeder beliebigen Stellung des Lesekopfes in bezug zum Massstab der Gesamtfluss Null im Hall generator entsteht und damit die Hauspannung Uli verschwindet.
Auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 be steht die Möglichkeit, statt eines Hallgenerators eine induktive Abfragewicklung auf dem Mittelschenkel des Lesekopfes anzuordnen.
Wie gross die Strichteilung a ausfallen wird, hängt von der praktisch erreichbaren Auflösung ab. Wird der Massstab beispielsweise so hergestellt, dass auf einer unmagnetischen Unterlage eine weichmagne tische Folie, etwa aus Mu-Metall, aufgeklebt und die Strichteilung durch photographische Übertragung und nachfolgende Ätzung erzeugt wird, so kann man mit einer Auflösung von 1 mm, gegebenenfalls auch bis zu 0,1 mm, rechnen. Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 sind in dieser Hinsicht selbstver ständlich nicht massstabsgetreu aufzufassen.
Wird für a der Wert von 1 mm gewählt, so sind die Breiten der Mittelschenkel 7 und 7a in Fig. 1 als ein un- geradzahliges Vielfaches von 1 mm zu wählen, beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 als ein geradzahli- ges Vielfaches, während die Fühlspalte etwa die Breite der Strichteilung haben können.
Da sich bei der Herstellung von weichmagneti schen Massstäben kleine Unregelmässigkeiten nicht ohne weiteres vermeiden lassen, kann man zur Er höhung der Genauigkeit mehrere parallel geschaltete Luftspalte anwenden. Dabei tritt zugleich auch eine Erhöhung der Dynamik auf, da der wirksame Ge- samtluftspalt bei mehreren Parallelluftspalten ent sprechend verringert wird.
Eine Möglichkeit zur praktischen Ausbildung eines solchen Lesekopfes ist in den Fig.3 und 4 schematisch dargestellt. Auf einer unmagnetischen Unterlage 23 sind weichmagnetische Streifen 24, 25 und 26 angeordnet, die in der Umgebung der Mit telachse 27 kammartig mit Zähnen 28 und Zwischen räumen 29 ausgebildet sind. Die weichmagnetischen Streifen sind auf der Oberseite der Grundplatte 23 umgebogen. An diesen Stellen wird der magnetische Anschluss mit dem E-förmigen Eisenkern 30 her gestellt, wobei in einem Luftspalt zwischen dem Streifen 25 und dem Mittelschenkel 31 des Kanals 30 ein Haugenerator 32 angeordnet sein kann.
Statt dessen ist es wieder möglich, auf dem Mittelschen kel 31 eine induktive Abfragewicklung anzuordnen. Die Erreger- und Programmierwicklungen des Kerns 30 sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Fig.4 zeigt einen Schnitt durch einen derartigen Lesekopf längs der Linie IV-IV der Fig.3, wobei die Bezugszeichen für gleiche Teile aus Fig. 3 über nommen worden sind.
Im unteren Teil der Fig. 3 ist ferner noch eine Ausbildungsmöglichkeit für den weichmagnetischen Massstab gezeigt. Auf einer unmagnetischen Unter lage 33 ist eine weichmagnetische Folie 34 aufge- laebt, die beispielsweise durch einen Ätzvorgang mit Ausnehmungen 35 versehen wurde. Die dazwischen stchenbleibenden Stege 36 bilden ein Strichraster in der Umgebung der Mittelachse 27.
Denkt man sich den Lesekopf über den Massstab geklappt, so dass die Achsen 27 zusammenfallen, so erkennt man, dass durch die Stege 36 des Massstabes dann, wenn sie Zähnen 28 der Kämme gegenüberstehen, die parallel geschalteten Luftspalte überbrückt sind.
Weitere Realisierungsmöglichkeiten des Erfin dungsgegenstandes ergeben sich für den Fachmann auf Grund der bekannten Richtlinien für program- mierfähige Systeme der hier in Frage stehenden Art.