CH404967A - Anordnung zur Bestimmung der Lage von Marken beispielsweise bei Massstäben - Google Patents

Description

  
 



  Anordnung zur Bestimmung der Lage von Marken beispielsweise bei Massstäben
Es ist bekannt, Marken mittels periodisch bewegter Systeme, z. B. mittels einer schwingenden oder rotierenden Blende, mittels einer schwingenden Saite, mittels eines schwingenden oder rotierenden Spiegels, mittels einer rotierenden Loch- oder Schlitzscheibe oder mittels einer schwingenden planparallelen Platte abzutasten, die dabei entstehenden Lichtsignale einem photo elektrischen Empfänger zuzuführen und einkanalig zu verstärken. Die Information über die Lage der Marke in bezug auf eine vorgegebene Null-Lage ist im zeitlichen Abstand der Signale und/oder in den Signalamplituden enthalten.

   Die Auswertung erfolgt durch Differenz- oder Quotien  tenbildlmg    zweier aufeinanderfolgender Signale oder Signalgruppen mit Hilfe von mindestens zwei phasenempfindlich gesteuerten   Gleichrichterstrecken,    die hinsichtlicll ihrer Eigenschaften gleich sein müssen.



  Auch rnüssen die Phasenlage des Gleichrichtersignals in bezug auf das Abtastorgan, die Amplitude und der Oberwellengehalt des Vergleichssignals konstant sein. Diese Forderungen lassen sich auch bei grossem Aufwand nur annähernd erfüllen, so dass das Messergebnis mit einem Fehleranteil behaftet ist.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu ermöglichen, bei der die aus dem Vergleichssignal stammenden Fehleranteile vermieden sind und die sich hinsichtlich des erforderlichen Aufwandes vorteilhaft von Bekanntem unterscheidet.



   Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Bestimmung der Lage von Marken, z. B. auf einer Skala, die schwingend abgetastet werden, wobei die Information über die Markenlage im zeitlichen Abstand der durch die Abtastung erzeugten Signale enthalten ist. Die neue Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die von einem Empfänger aufgenommenen Signale nach ihrer Verstärkung einer zweiseitig abwechselnd anzusteuernden bistabilen Kippstufe zugeführt werden, der ein das Tastverhältnis ermittelndes   Anzeige- bzw.    Auswerteinstrument nachgeschaltet ist, und dass Mittel vorhanden sind, die eine vorzeichenrichtige Anzeige gewährleisten, wobei die   Messinformation    einen einzigen Verarbeitungskanal durchläuft.

   So kann ein Und Gatter vorhanden sein, dem die verstärkten Signale sowie vom die Abtastung steuernden Generator abgeleitete Kontrollsignale zugeführt werden, wobei der Ausgang dieses Gatters mit dem zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe verbunden ist. Der Messkanal der Anordnung kann einen Verstärker und/ oder eine Impulsformerstufe sowie eine Differenzierstufe umfassen, während der Kanal für das Kontrollsignal einen Verstärker sowie eine Triggerstufe umfassen kann.



   Falls erforderlich, kann dem   Anzeige- bzw.    Auswerteinstrument in an sich bekannter Weise eine Integrierstufe vorgeschaltet sein.



   Die Vorteile der neuen Anordnung sind darin zu sehen, dass durch die Verwendung nur eines Verarbeitungskanals man in der Tolerierung der verwendeten Bauteile in weiten Grenzen unabhängig ist und dass keine Steuersignale für eine phasenempfindliche Gleichrichtung (Vergleichssignale), sondern nur Kontrollsignale notwendig sind, die sehr einfach gewonnen werden können. Darüber hinaus ist die neue Anordnung gegen Phasenverschiebungen, Änderungen des Tastverhältnisses und der Amplitude der Kontrollspannung in relativ weiten Grenzen unempfindlich.



   Die Erfindung ist nachfolgend beispielsweise an Hand einer Zeichnung beschrieben, in der die
Fig. 1 schematisch das Schaltbild der Anordnung und  
Fig. 2 den Signalverlauf an den einzelnen Schaltpunkten darstellen.



   In Fig. 1 ist eine Schwingblende 10 dargestellt, die eine der abzutastenden Marke 11 entsprechende Aussparung 12 aufweist und in ihren nach dem Sinusgesetz verlaufenden Schwingbewegungen von einem Generator 13 aus gesteuert wird. Die während des Schwingens der Blende mittels einer Lampe 14 erzeugten Lichtsignale werden von einem photoelektrischen Empfänger 15 aufgenommen und einem nachgeschalteten Verstärker 16 zugeführt. Ein Schmitt-Trigger formt die Signale in Recheeckimpulse um, aus deren Vorder- oder Rückflanken eine Differenzierstufe 18 in bekannter Weise schmale Triggerimpulse erzeugt. Der Ausgang dieser Differenzierstufe ist mit dem einen Eingang 19' einer zweiseitig abwechselnd anzusteuernden bistabilen Kippstufe 20 verbunden, an deren Ausgangsklemmen eine Rechteckspannung abgegeben wird.

   Diese wird einer aus einem Widerstand 21 sowie einem Kondensator 22 gebildeten Integrierstufe zugeführt. Der am Kondensator 22 entstehende, dem Tastverhältnis proportionale Gleichspannungs-Mittelwert der Rechteckspannung wird durch ein Anzeigeinstrument 23 gemessen.



   Des weiteren ist ein Und-Gatter 24 vorhanden, das mit seinem einen Eingang am Ausgang der Differenzierstufe 18 und mit seinem Ausgang am zweiten Eingang 19" der bistabilen Kippstufe 20 anliegt. Die Ansteuerung des zweiten Eingangs des Und-Gatters erfolgt vom Generator 13 aus über einen Verstärker 25 sowie eine Triggerstufe 26.



   Wie ersichtlich, durchläuft die Messinformation bei der dargestellten Anordnung einen einzigen Verarbeitungskanal, der mit Ausnahme des Verstärkers 16 aus digitalen Baugruppen besteht. Ein herkömmlicher, aus zwei Ventilstrecken bestehender phasenempfindlicher Gleichrichter zur Feststellung der Grö sse und des Vorzeichens der Differenz zwischen der abgetasteten Marke und eines Nullpunktes ist vorteilhafterweise nicht vorhanden. Die Grösse der Ablage der Marke vom Nullpunkt wird durch das Tastverhältnis der von der Kippstufe 20 gelieferten Rechteckspannung dargestellt, das   seinenseits    durch eine einfache Mittelwertbildung gemessen wird. Das Vorzeichen der Ablage der Marke vom Nullpunkt ist durch die Phasenlage der Kippstufe bestimmt.



   Die Funktion der Anordnung ist folgende: Beim Abtasten der Marke 11 mittels der schwingenden Blende 10 entstehen dreieckförmige Lichtimpulse, die von einem Photomultiplier als lichtelektrischem Empfänger 15 aufgenommen und in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden. Diese haben nach ihrer Verstärkung in der Baugruppe 16 etwa die in Fig. 2 in der obersten Zeile a dargestellte Form. Die Information über die Lage der Marke   11 - zweckmässigerweise    in bezug auf die Ruhelage der Schwingblende 10 - ist dabei in den zeitlichen Abständen der Impulse enthalten. Nach der in der Baugruppe 17 durchgeführten Umformung in Rechteckimpulse (Zeile b) und anschliessenden Differentiation durch die Baugruppe 18 erhält man die in Zeile c dargestellten schmalen Impulse, die zur Ansteuerung der Kippstufe 20 dienen.

   Diese Kippstufe (Flip-flop), die ein Signal nach Fig. 2, Zeile g, liefert, ist so ausgeführt, dass sie jeweils nur über den Eingang ansteuerbar ist, über den das letzte Kippen nicht verursacht wurde. Der Eingang 19" dieser Stufe ist mit dem Ausgang des Und-Gatters 24 verbunden. Die Ansteuerung dieses Gatters erfolgt einmal mit einem Signal nach Zeile c, zum anderen durch ein Signal nach Zeile f, das vom die Schwingung der Blende 10 steuernden Generator, der eine Ausgangsspannung gemäss Fig. 2, Zeile d, erzeugt, gewonnen wird. Der vom Gerät 23 angezeigte Messwert (Zeile h) ist proportional dem Tastverhältnis der Rechteckspannung nach Zeile g.



   Das Und-Gatter 24 dient zur Verhinderung von Zweideutigkeiten in der Vorzeichenangabe. Es kann nämlich vorkommen, dass beim Einschalten des Geräts die Kippstufe um 1800 phasenverschoben zur Phasenlage des   Abtastorgans    anspringt oder, dass diese Stufe durch einen wie auch immer begründeten Ausfall eines Messimpulses eine halbe Abtastperiode länger in ihrem Schaltzustand verharrt und damit ebenfalls ein Phasensprung von 1800 eintritt. In diesen Fällen würde das Nullinstrument 23 Ausschläge zeigen, deren Vorzeichen der Abweichung der abgetasteten Marke vom Nullpunkt entgegengesetzt sind.



   Die bistabile Kippstufe 20 hat zwei Eingänge 19', 19", die beide gleichzeitig mit beispielsweise positiven Zündimpulsen gemäss Zeile c der Fig. 2 beaufschlagt werden. Diese Impulse werden, wie bereits gesagt, jedoch jeweils nur an dem Eingang wirksam, der an der gerade ungezündeten Seite der Stufe anliegt.



   Es sei nun angenommen, dass die Stufe 20 über ihren Eingang 19' durch den Impuls 1 in die Stellung I gekippt worden ist. Fällt nun der Impuls 2 aus, so bleibt die Stufe 20 in der Stellung I. Sie würde beim Nichtvorhandensein des vom Generator 13 gesteuerten Kontrollkreises durch den Messimpuls 3 über ihren Eingang   19" in    die Stellung II kippen, durch den Impuls 4 über den Eingang   19' in    die Stellung I usw., so dass die Phasenlage der Spannung im Punkt 6 um 1800 gedreht ist. Das verhindert der Kontrollkreis. Nach einem Ausfall des Messimpulses 2 bleibt die Kippstufe 20 in ihrer Stellung I. Der Impuls 3 kann die Stufe nicht umsteuern, da einmal die Kontrollspannung (Zeile f in Fig. 2) das Gatter 24 vor dem Eingang   19" sperrt    und zum anderen die zum Eingang 19' gehörende Seite der Stufe 20 noch gezündet ist.

   Der Impuls 3 bleibt also ohne Wirkung. Der Messimpuls 4 dagegen findet das Gatter offen und die zum Eingang 9" gehörende Seite der Kippstufe 20 zündfähig vor. Die Stufe 20 kippt nun in ihre Stellung II. Damit ist die ursprüngliche Schaltphase wiedergewonnen.  



   Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung wird nur eine der Flanken der Messimpulse zur Gewinnung des Messergebnisses herangezogen. Nun besitzt aber die andere Flanke der Impulse den gleichen Informationsinhalt. Dieser lässt sich dadurch nutzbar machen, dass die Differenzierstufe 18, das Und-Gatter 24 sowie die Kippstufe 20 doppelt ausgeführt werden. Die Integrierstufe wird beiden Kippstufen dann in der Weise nachgeschaltet, dass die Summe beider Rechteckspannungen ausgewertet wird. Damit wird gegenüber der oben beschriebenen Anordnung eine um   82    vergrösserte Messgenauigkeit erreicht.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zur Bestimmung der Lage von Marken, z. B. auf einer Skala, die schwingend abgetastet werden, wobei die Information über die Markenlage im zeitlichen Abstand der durch die Abtastung erzeugten Signale enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Empfänger aufgenommenen Signale nach ihrer Verstärkung einer zweiseitig abwechselnd anzusteuernden bistabilen Kippstufe zugeführt werden, der ein das Tastverhältnis ermittelndes Anzeige- bzw. Auswerteinstrument nachgeschaltet ist, und dass Mittel vorhanden sind, die eine vorzeichenrichtige Anzeige gewährleisten, wobei die Messinformation einen einzigen Verarbeitungskanal durchläuft.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als die vorzeichenrichtige Anzeige gewährleistendes Mittel ein Und-Gatter vorhanden ist, dem die verstärkten Signale sowie vom die Abtastung steuernden Generator abgeleitete Kontrollsignale zugeführt werden und dass der Ausgang dieses Gatters mit dem zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe verbunden ist.

   2. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Verarbeitungskanal für das Abtastsignal einen Verstärker und/oder eine Impulsformerstufe sowie eine Differenzierstufe umfasst.

   3. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator ein Verstärker sowie eine Triggerstufe nachgeschaltet sind.