Photoelektrische Nachführ-Vorrichtung, insbesondere für Schweissarbeiten
Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Nachführ Vorrichtung, insbesondere für Schweissarbeiten, welche zwischen einem ersten Schaltzustand zum Nachfahren einer Linie in einen zweiten Schaltzustand zum Nachfahren einer Bereichskante umschaltbar ist.
Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung muss bei jedem Wechsel vom Nachfahren einer Linie zum Nachfahren einer Bereichskante oder umgekehrt das photoelektrische Element verstellt werden, was das einwandfreie Arbeiten der Vorrichtung beeinträchtigt oder zumindest eine zeitraubende Verstellarbeit erfordert.
Zweck der Erfindung ist es, eine photoelektrische Nachführ-Vorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile bestehender Ausführungen, insbesondere in bezug auf die Umstellbarkeit, nicht aufweist.
Die erfindungsgemässe photoelektrische Nachführ-Vorrichtung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Brückenschaltung mit vier Zweigen aufweist, von denen der erste einen ersten Widerstand und der zweite einen zweiten Widerstand einschliesst, dass ferner der dritte Zweig ein erstes photoelektrisches Element und der vierte Zweig, im ersten Schaltzustand, ein zweites photoelektrisches Element aufweist, wobei die beiden photoelektrischen Elemente zusammen ein Paar und Teil eines Abtastkopfes bilden, und dass die Brückenschaltung mittels zwei Schaltern in den zweiten Zustand umschaltbar ist, in welchem das zweite photoelektrische Element vom vierten in den dritten Zweig umgeschaltet und ein dritter Widerstand zum Ausbalancieren der beiden photoelektrischen Elemente in den vierten Zweig eingeschaltet ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen photoelektrischen Nachführ-Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine Brückenschaltung der Ausführung nach Fig. 1 für das Nachfahren einer Linie,
Fig. 3 eine Brückenschaltung der Ausführung nach Fig. 1 für das Nachfahren einer Bereichskante,
Fig. 4 ein Schaltbild ähnlich Fig. 1, jedoch gemäss einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 5 eine Brückenschaltung der Ausführung nach Fig. 4 für das Nachfahren einer Bereichskante,
Fig. 6, 7 und 8 drei Ausführungsarten von photoelektrischen Elementen,
Fig. 9A, 9B und 9C drei verschiedene Phasen der Betriebsweise der photoelektrischen Elemente zum Nachfahren einer Linie,
Fig.
10A, 10B und 10C drei verschiedene Formen von Ausgangs-Steuersignalen, die jeweils den Betriebsstellungen A, B und C der photoelektrischen Elemente der Fig. 9 und 11 entsprechen und
Fig. 11A, 11B und 11C drei verschiedene Phasen der Betriebsweise der photoelektrischen Elemente zum Nachfahren einer Bereichskante.
In Fig. 1 ist eine Abtastbrücke 3 dargestellt, welcher über einen Transformator 2 eine Wechselspannung aus einer Quelle 1 zugeführt wird. Das Steuersignal der Abtastbrücke 3 treibt über einen veränderlichen Widerstand 4, einen Koppelkondensator 5 und einen Servoverstärker 6 einen Servomotor 7 an. Der Servomotor 7 steuert die Stellung des Abtastkopfes 8 in Abhängigkeit von dem Steuersignal.
Fig. 2 zeigt die wheatstonsche Brückenanordnung, die in der Abtasteinrichtung zum Nachfahren von Linien verwendet wird. Die Abtastbrücke 3 umfasst zwei veränderliche Widerstände 11, 12, die in einem ersten Zweig 9 bzw. einem zweiten Zweig 10 der Brücke angeordnet sind, sowie ein Paar photoelektrische Elemente 15, 16, die in einem dritten Zweig 13 bzw. einem vierten Zweig 14 der Brücke angeordnet sind. Die photoelektrischen Elemente bilden einen Teil des Abtastkopfes 8.
Wenn ein Paar von wirkungsgekoppelten Schaltern 17, 18 in der in Fig. 1 dargestellten Abtastbrücke von ihren in ausgezogenen Linien dargestellten Kontaktstellen in die durch die unterbrochenen Linien dargestellten Kontaktstellen umgeschaltet wird, wird die Brückenschaltung der Fig. 2 in die der Fig. 3 umgewandelt. In Fig. 3 ist das photoelektrische Element 16 in den dritten Zweig 13 der Brücke eingeschaltet und liegt mit dem photoelektrischen Element 15 in Reihe. Weiterhin wird ein veränderlicher Widerstand 19 in den Arm 14 der Brücke eingeschaltet und dient zum Ausbalancieren der photoelektrischen Elemente 15 und 16. In dieser Konfiguration dient die Abtastbrücke 3 als Abtasteinrichtung zum Nachfahren von Bereichskanten.
Wenn die Brücke zum Nachfahren von Bereichskanten dient, können die photoelektrischen Elemente, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, in Reihe geschaltet sein. In einer anderen Ausführungsform sind sie jedoch parallelgeschaltet, wie es in Fig. 4 und 5 dargestellt ist.
In den Fig. 1 und 4 ist die photoelektrische Vorrichtung in Rechteckform dargestellt und umfasst zwei photoelektrische Elemente 15, 16, die jeweils Dreieckform aufweisen.
Es können jedoch auch photoelektrische Elemente anderer Konfiguration oder Gestalt kombiniert werden. Fig. 6 zeigt zwei dreieckige Elemente mit lichtunempfindlichen Bereichen (schraffiert) 20, 21, die in die lichtempfindlichen Bereiche eingebettet sind. Als weitere Beispiele zeigen die Fig. 7 zwei Trapeze 15a, 16a und die Fig. 8 zwei Rechtecke 15b, 16b.
Wenn die Vorrichtung als Abtasteinrichtung zum Nachfahren einer Linie dient, tasten beide photoelektrischen Elemente etwa eine schwarze, auf weisses Papier gezeichnete Linie 23 ab, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Wenn die gekoppelten photoelektrischen Elemente über der schwarzen Linie wie in Fig. 9A zentriert sind, sind beide photoelektrischen Elemente 15, 16 im Gleichgewicht und ist das Ausgangs-Steuersignal der Abtastbrücke 3 null, wie aus Fig. 10 zu ersehen ist. In diesem Fall wird der vorliegende, ausgerichtete Zustand aufrechterhalten.
Wenn die gekoppelten photoelektrischen Elemente nach links wie in Fig. 9B abweichen, kommen beide photoelektrischen Elemente 15, 16 aus dem Gleichgewicht, und es entsteht ein sinusförmiges Ausgangssignal ohne Phasenverschiebung, wie es in Fig. 10B dargestellt ist. Das auf den Servomotor 7 gelangende Steuersignal verursacht eine Drehung des Motors in der Vorwärtsrichtung und lässt die beiden photoelektrischen Elemente 15, 16 in dem Abtastkopf 8 in die mittige, ausgerichtete Stellung zurückkehren.
Wenn die gekoppelten photoelektrischen Elemente nach rechts wie in Fig. 9C ausweichen, wird ein gegenphasiges sinusförmiges Ausgangssignal für die Steuerung erzeugt, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Der Servomotor 7 dreht sich in der Rückwärtsrichtung, so dass der Abtastkopf 8 in seine Normalstellung zurückkehrt.
Wenn die Vorrichtung als Abtasteinrichtung zum Nachfahren von Bereichskanten eingesetzt wird, fahren die gekoppelten photoelektrischen Elemente einer Grenzlinie zwischen einem hellen Bereich 24 und einem dunklen Bereich 25 nach, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Wenn die gekoppelten photoelektrischen Elemente über der Grenzlinie mittig zentriert sind, wie es aus Fig. 11A ersichtlich ist, sind das Ausgangssignal der gekoppelten photoelektrischen Elemente und das Ausgangssignal des Steuerwiderstandes 19 im Gleichgewicht und das Ausgangssteuersignal null, wie aus Fig. 10A ersichtlich. Wenn die gekoppelten photoelektrischen Elemente nach links abweichen (zur hellen Seite 24), wie es in Fig. 11B dargestellt ist, wird durch die Phasenverschiebung ein Ausgangs-Steuersignal nach Fig. 10B erzeugt.
Wenn die gekoppelten Photoelemente nach rechts abweichen (zur dunklen Seite 25), wie in Fig. 11C dargestellt, ergibt sich ein gegenphasiges Ausgangs-Steuersignal, das aus Fig. 10C ersichtlich ist. Auf diese Weise wird die Stellung beider photoelektrischen Elemente 15, 16 stets in der richtigen Weise aufrechterhalten.
Wie bereits erwähnt, sind bei der hier offenbarten photoelektrischen Nachführvorrichtung die beiden photoelektrischen Elemente nicht nur zum Nachfahren einer Linie, sondern auch zum Nachfahren einer Bereichskante wirksam, so dass die Vorrichtung eine wesentlich bessere Genauigkeit beim Nachfahren von Bereichskanten aufweist als die bisher bekannten Vorrichtungen.
Die Erfindung vereinfacht den Wechsel Linie-Kante, da die Mittellinie der gekoppelten photoelektrischen Elemente beim Umschalten Linie-Kante sich nicht ändert. Auf diese Weise ist kein Versetzen zum Zurückstellen des photoelektrischen Elements erforderlich. Demzufolge kann die Nachführvorrichtung ihre Fähigkeit zum exakten Nachfahren über eine lange Zeitdauer beibehalten.
Als photoelektrische Elemente kommen alle diejenigen in Frage, die geeignet sind, als Widerstandselemente in die Zweige einer Brückenschaltung eingefügt zu werden und die bei Belichtung ihren Widerstand ändern.
Photoelectric tracking device, especially for welding work
The invention relates to a photoelectric tracking device, in particular for welding work, which can be switched between a first switching state for following a line into a second switching state for following an area edge.
In a known device of this type, the photoelectric element has to be adjusted with each change from following a line to following an area edge or vice versa, which impairs the proper functioning of the device or at least requires time-consuming adjustment work.
The purpose of the invention is to create a photoelectric tracking device which does not have the disadvantages of existing designs, in particular with regard to the adjustability.
The inventive photoelectric tracking device of the type mentioned is characterized in that it has a bridge circuit with four branches, of which the first includes a first resistor and the second includes a second resistor, that the third branch a first photoelectric element and the fourth Branch, in the first switching state, has a second photoelectric element, the two photoelectric elements together form a pair and part of a scanning head, and that the bridge circuit can be switched to the second state by means of two switches, in which the second photoelectric element from the fourth to the third branch is switched and a third resistor for balancing the two photoelectric elements is switched on in the fourth branch.
In the following, embodiments of the photoelectric tracking device according to the invention are explained in more detail with reference to the drawing. They represent:
Fig. 1 is an electrical circuit diagram of a first embodiment,
FIG. 2 shows a bridge circuit of the embodiment according to FIG. 1 for following a line,
FIG. 3 shows a bridge circuit of the embodiment according to FIG. 1 for tracing an area edge,
4 shows a circuit diagram similar to FIG. 1, but according to a second embodiment,
5 shows a bridge circuit of the embodiment according to FIG. 4 for tracing an area edge,
FIGS. 6, 7 and 8 show three embodiments of photoelectric elements,
9A, 9B and 9C show three different phases of the operation of the photoelectric elements for tracing a line;
Fig.
10A, 10B and 10C show three different forms of output control signals corresponding to the operating positions A, B and C of the photoelectric elements of FIGS. 9 and 11, respectively
11A, 11B and 11C show three different phases of the operation of the photoelectric elements for tracing an area edge.
1 shows a sensing bridge 3 to which an alternating voltage is supplied from a source 1 via a transformer 2. The control signal of the scanning bridge 3 drives a servomotor 7 via a variable resistor 4, a coupling capacitor 5 and a servo amplifier 6. The servomotor 7 controls the position of the scanning head 8 as a function of the control signal.
Fig. 2 shows the Wheatstone bridge arrangement which is used in the scanning device for tracing lines. The sensing bridge 3 comprises two variable resistors 11, 12, which are arranged in a first branch 9 and a second branch 10 of the bridge, as well as a pair of photoelectric elements 15, 16, which are in a third branch 13 and a fourth branch 14 of the Bridge are arranged. The photoelectric elements form part of the scanning head 8.
When a pair of functionally coupled switches 17, 18 in the sensing bridge shown in FIG. 1 is switched from their contact points shown in solid lines to the contact points shown by the broken lines, the bridge circuit of FIG. 2 is converted into that of FIG. 3. In FIG. 3, the photoelectric element 16 is switched into the third branch 13 of the bridge and is in series with the photoelectric element 15. Furthermore, a variable resistor 19 is switched on in the arm 14 of the bridge and is used to balance the photoelectric elements 15 and 16. In this configuration, the scanning bridge 3 serves as a scanning device for tracing area edges.
If the bridge is used to follow area edges, the photoelectric elements, as shown in FIGS. 1 and 3, can be connected in series. In another embodiment, however, they are connected in parallel, as shown in FIGS. 4 and 5.
In Figs. 1 and 4, the photoelectric device is shown in a rectangular shape and comprises two photoelectric elements 15, 16, each having a triangular shape.
However, photoelectric elements of other configurations or shapes can also be combined. 6 shows two triangular elements with light-insensitive areas (hatched) 20, 21 which are embedded in the light-sensitive areas. As further examples, FIG. 7 shows two trapezoids 15a, 16a and FIG. 8 shows two rectangles 15b, 16b.
If the device is used as a scanning device for tracing a line, both photoelectric elements scan, for example, a black line 23 drawn on white paper, as shown in FIG. When the coupled photoelectric elements are centered over the black line as in FIG. 9A, both photoelectric elements 15, 16 are in equilibrium and the output control signal of the scanning bridge 3 is zero, as can be seen from FIG. In this case, the current, aligned state is maintained.
If the coupled photoelectric elements deviate to the left as in Fig. 9B, both photoelectric elements 15, 16 become unbalanced and a sinusoidal output signal without phase shift is produced, as shown in Fig. 10B. The control signal applied to the servo motor 7 causes the motor to rotate in the forward direction and causes the two photoelectric elements 15, 16 in the scanning head 8 to return to the central, aligned position.
If the coupled photoelectric elements swerve to the right as in FIG. 9C, an anti-phase sinusoidal output signal is generated for the control, as shown in FIG. The servo motor 7 rotates in the reverse direction so that the scanning head 8 returns to its normal position.
When the device is used as a scanning device for tracing area edges, the coupled photoelectric elements trace a boundary line between a bright area 24 and a dark area 25, as is shown in FIG. When the coupled photoelectric elements are centered over the boundary line as shown in Fig. 11A, the output of the coupled photoelectric elements and the output of the control resistor 19 are in equilibrium and the output control signal is zero, as shown in Fig. 10A. If the coupled photoelectric elements deviate to the left (towards the bright side 24), as shown in FIG. 11B, an output control signal as shown in FIG. 10B is generated by the phase shift.
If the coupled photo elements deviate to the right (towards the dark side 25), as shown in FIG. 11C, an output control signal in antiphase results, which can be seen from FIG. 10C. In this way, the position of both photoelectric elements 15, 16 is always maintained in the correct manner.
As already mentioned, in the photoelectric tracking device disclosed here, the two photoelectric elements are effective not only for following a line but also for following an area edge, so that the device has a significantly better accuracy when following area edges than the previously known devices.
The invention simplifies the change from line to edge, since the center line of the coupled photoelectric elements does not change when changing from line to edge. In this way, no offsetting is required to reset the photoelectric element. As a result, the tracking device can maintain its accurate tracking ability for a long period of time.
Suitable photoelectric elements are all those which are suitable for being inserted into the branches of a bridge circuit as resistance elements and which change their resistance when exposed to light.