DD154509A1 - Positionskontrolleinrichtung fuer stellantriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ermoeglicht eine Positionskontrolle eines von einem Stellmotor angetriebenen Stellgliedes, beispielsweise einer Tastsonde in einem Pruefgeraet fuer elektronische Baugruppen. Ziel der Erfindung ist es, hierfuer nur einen geringen Aufwand und nur einen, einfach aufgebauten und herstellbaren Signalgeber zu benoetigen. Es wird die Aufgabe geloest, elektrisch rein digital und mit einer auf der Motorwelle befestigten Schlitzscheibe mit nur wenigen Schlitzen zu arbeiten. Erfindungsgemaess ist der Winkel zwischen zwei benachbarten Schlitzen gleich ihrem Drehwinkel beim Transport des Stellgliedes von einem Rasterpunkt zum benachbarten. Des weiteren sind ein von der Steuerstufe des Stellmotors ueber einen Frequenzteiler gesteuerter Sollwert-Zaehler, ein von der Lichtschranke der Schlitzscheibe gesteuerter Istwert-Zaehler, eine mit beiden Zaehlern verbundene Vergleichsschaltung und eine von dieser und von der Lichtschranke gesteuerte UND-Schaltung mit nachgeschalteter Auswerteschaltung vorgesehen.

Description

Positionskontrolleinrichtung für Stellantriebe

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Positionskontrolleinrichtung für Stellantriebe, die einen Stellmotor zur Positionierung eines Stellgliedes enthaltene Die nach der Positionierung erreichten Endlagen des Stellgliedes sollen mit bestimmten Kasterpunk« ten eines Bewegungsrasters übereinstimmen. Endlagen zwischen diesen Rasterpunkten werden als Positionierfehler ausgewiesen. Die Erfindung ist vielseitig anwendbar, beispielsweise in Prüfgeräten für elektronische Baugruppen und Geräte sowie zur Markierung und Abtastung von Aufzeichnungsträgern«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Aus der DE-Offenlegungsschrift Ur. 1549 876 ist eine Abtasteinrichtung für Lochkarten zur Ermittlung der Spaltenadressen bekannte Hierbei ist eine von einer Transportrolle der Lochkarte angetriebene Schlitzscheibe mit einer großen Zahl von Schlitzen -zwischen den Elementen einer Lichtschranke angeordnet. Der Signalausgang der Lichtschranke ist auf den einen Eingang einer UND-Schaltung geführt, deren anderer Eingang mittels einer weiteren Lichtschranke von der Lochkarte gesteuert.wird» Der Ausgang der UND-Schaltung ist mit einem Zähler verbunden. Der Zählerübertrag in einen Adressenspeicher erfolgt immer dann, wenn sich eine Lochkartenspalte im Bereich der Leseeinrichtung der Lochkarte befindet» Die gerade zu lesende Spaltenadresse· und damit die Position der Lochkarte können dem Adressenspeicher entnommen werden. Eine Positionskontrolle erfolgt jedoch nicht. Der vorstehend verwendete Signalgeber mit Schlitzscheibe ist in·?

_ 7 HP -iO, 7 Q ;i. (! 9 } C ' '-,

« . 21 7453

folge der erforderlichen Vielzahl der Schlitze relativ aufwendig herzustellen. Sollen derartige Signalgeber zur Positionskontrolle hoher Genauigkeit verwendet werden, dann wird eine derart hohe Anzahl von Schlitzen'notwendig, die den Ersatz der Schutzscheibe durch eine Glasscheibe mit einem Radialgitter aus abwechselnd lichtdurchlässigen und -undurchlässigen Segmenten erforderlich macht (Prospekt "Inkrementaler Geber-rotatorisch IGR" vom VEB Carl Zeiss Jena, Druckschriftennummer 67-040 b-1). Diese Signalgeber sind kompliziert und von hoher Präzision. Ihre Herstellung ist daher sehr aufwendig.

Weiterhin ist aus der DE-Offenlegungsschrift Nr. 2744 941 eine Einrichtung zur Überwachung eines Stellungsreglers für ein Stellventil bekannt» Hierbei ist mit der Welle des Stellmotors ein Drehwinkelmeßumformer verbunden, der entsprechend dem Drehwinkel ein analoges Ausgangssignal abgibt₀ Dieses Ausgangssignal wird zusammen mit dem ebenfalls analogen Stellbefehl einem Vergleicher zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Doppelschwellwertschalters mit positiver und mit negativer Schwelle verbunden ist. Von der Welle des Stellmotors wird außerdem ein Tachogenerator angetrieben, der einen zweiten Doppelschwellwertschalter mit positiver und mit negativer Schwelle ansteuert. Beide Doppelschwellwertschalter stehen mit einer logischen Auswerteschaltung in Verbindung, die bei Positionierfehlern ein entsprechendes Signal abgibt. Diese bekannte Einrichtung ist in den Fällen, wo ein digitaler, durch eine bestimmte Anzahl von Steuerimpulsen gekennzeichneter Stellbefehl vorliegt, nur unter Verwendung mindestens eines Digital-Analog-Wandlers einsetzbar. Sofern ein digitaler Drehwinkelmeßumformer, beispielsweise der bereits erwähnte Signalgeber mit Schiitzscheibe, angewandt wird, ist noch ein zweiter Digital-Analogwandler erforderliche Zudem sind zwei relativ komplizierte' und aufwendige Signalgeber, ein Drehwinkelmeßumformer und ein'Tachogenerator, notwendig.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Positionskontrolleinrichtung zu schaffen, die mit. nur geringem Schaltungs- und

_3- 2 17453

Herstellungsaufwand zu realisieren ist und mit nur einem, einfach aufgebauten und herstellbaren Signalgeber arbeitet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch rein digital arbeitende Positionskontrolleinrichtung zu schaffen, deren Schaltmittel es ermöglichen, einen Signalgeber mit einer .Schlitzscheibe, die nur eine geringe Anzahl von Schlitzen aufweist, einzusetzen.

Die Erfindung betrifft eine Positionskontrolleinrichtung für Stellantriebe, die eine Steuerstufe, eine Ansteuerschaltung für einen Stellmotor und mechanische Übertragungsglieder zwischen Motorwelle und'einem Stellglied enthalten. Hierbei ist auf der Motorwelle eine Schlitzscheibe befestigt, die zwischen den Elementen einer Lichtschranke angeordnet ist. Der Signalausgang dieser Lichtschranke ist mit dem Eingang eines Istwert-Zählers und dem einen Eingang einer UND-Schaltung verbunden.

Erfindungsgemäß ist der Winkel zwischen zwei benachbarten Schlitzen der Schlitzscheibe gleich deren Drehwinkel beim Transport des Stellgliedes von einem Rasterpunkt zu einem unmittelbar benachbarten Rasterpunkt des Bewegungsrasters des Stellgliedes. Hierbei ist das Übersetzungsverhältnis der mechanischen Übertragungsglieder so gewählt, daß dieser Drehwinkel 3βΟ geteilt durch eine natürliche Zahl beträgt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist _van den Ausgang der Steuerstufe über einen Frequenzteiler der Eingang-eines Sollwert-Zählers angeschlossen, dessen Ausgänge mit ersten Eingängen einer Vergleichsschaltung verbunden sind, deren zweite Eingänge an die Ausgänge des Istwert-Zählers angeschlossen sind und deren Ausgang an den anderen Eingang der UND-Schaltung geführt ist. Dabei ergibt sich das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers (Eingangs- zu Ausgangsfrequenz) aus der Anzahl der für eine Umdrehung der Schlitzscheibe erforderlichen Steuerimpulse am Ausgang.der Steuerstufe geteilt durch die Anzahl der Schlitze der Schlitzscheibe« Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Ausgang der UND-Schaltung ah eine Auswerteschaltung angeschlossen.

217 4 53

Die genannte Auswerteschaltung kann Bestandteil der Steuerstufe sein und bei Positionierfehlern des Stellgliedes dessen Nullstellung auslösen,,

r~

Die Schlitze .der Schlitzscheibe werden zweckmäßigerweise aufgrund der einfachen Herstellbarkeit als Parallelschlitze ausgebildete

Die Funktionsv/eise der erfindungsgemäßen Positionskontrolleinrichtung ist folgende:

Dem Eingang der Steuerstufe wird ein Signal zugeführt,, das die zu erreichende Position des Stellgliedes kennzeichnet. Die Steuerstufe ermittelt aus diesem Signal die Anzahl der für diese Position erforderlichen Steuerimpulse. Diese Steuerimpulse werden von der Ansteuerschaltung zu einem Signal verarbeitet, das die Motorwelle des Stellmotors und damit auch die Schlitzscheibe um einen genau definierten Drehwinkel, der der zu erreichenden Position des Stellgliedes entspricht, in der erforderlichen Drehrichtung verdreht«. Die Drehung der Motorwelle bewirkt mittels der mechanischen Übertragungsglieder eine Linearbewegung des Stellgliedes zu dem ausgewählten Rasterpunkt.

Nach Erreichen der Endlage des Stellgliedes müssen Sollwert-und Istwert-Zähler in der gleichen Stellung stehen, und' die Lichtschranke der Schlitzscheibe muß mittels eines Schlitzes geöffnet sein. Dabei wird die Lichtschranke dann als "geöffnet" bezeichnet, wenn die Lichtstrahlen ihrer Lichtquelle ungehindert auf ihren Licht empfänger auftreffen; Sind diese Bedingungen erfüllt, dann wurde die richtige Position erreicht, d.h. ₉ das Stellglied befindet sich genau im ausgewählten Rasterpunkt. In diesem Pail tritt am Ausgang der Vergleichsschaltung, am Signalausgang der Lichtschranke und damit am Ausgang der UHD-Schaltung ein logisches L-Signal auf. Positionierfehler äußern sich durch ein logisches O-Signal am Ausgang der UND-Schaltung. Dieses logische O-Signal wird von der Auswerteschaltung erkannt und beispielsweise in Form eines optischen oder akustischen Signals mit Be-

_₅_ 2 17 4 53

harrung des Stellgliedes in der fehlerhaften Position oder in Form der Nullstellung des Stellgliedes ausgewertet.

Die erfindungsgemäße Positionskontrolleinrichtung arbeitet elektrisch rein digital und benötigt einen Signalgeber mit nur einer geringen Anzahl von Schlitzen, im einfachsten Fall mit nur einem Schlitz. Sie ist daher mit nur geringem Schaltungs- und Herstellungsaufwand und mit nur einem, einfach aufgebauten und herstellbaren Signalgeber realisierbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden» Die zugehörige Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer Positionskontrolleinrichtung für einen Stellantrieb" mit Schrittschalt-Stellmotor zur Positionierung eines Stellgliedes. Das Stellglied ist im Ausführungsbeispiel eine Tastsonde zur Abtastung vorbestimmter Kontaktpunkte elektronischer Baugruppen in einem entsprechenden Prüfgerät.

Der Schrittschalt-Stellmotor 1 wird von einer Ansteuerschaltung gespeist, der eine Steuerstufe 3 vorgeschaltet ist. Die Motorwelle des Schrittschalt-Stellmotors 1 treibt ein Getriebe mit der Übersetzung Ü (Ausgangs- zu Eingangsdrehzahl) und dieses eine Spindel mit der Steigung G (in mm/Umdrehung) zur Linearbewegung der Tastsonde an. Der Abstand der Rasterpunkte des Bewegungsrasters der Tastsonde wird mit A (in mm) bezeichnet. Getriebe, Spindel, Tastsonde und Bewegungsraster sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Auf der Motorwelle ist eine Schlitzscheibe 4 befestigt, die zwischen den Elementen einer Lichtschranke 5 angeordnet ist. Zur Verdeutlichung sind Schlitzscheibe 4 und Lichtschranke 5 in Seitenansicht dargestellt. Die Anzahl S der erforderlichen Schlitze 6 der Schlitzscheibe 4 errechnet sich aus der Beziehung

S" = G . U

A-

2 17453

wobei sich für S eine natürliche Zahl ergeben muß. Im Ausführungsbeispiel wurden G = 5 mm/Umdrehung, Ü = 0,25 und A = 1,25 mm vorausgesetzt j wofür sich S = 1 ergibt« Auf der Schlitzscheibe 4 ist demnach, wie dargestellt, nur ein Schlitz 6 vorgesehen, der als Parallelschlitz ausgeführt ist. ^

Die genannte Lichtschranke 5 ist im Abstand R 'vom Zentrum der Schlitzscheibe 4 angeordnete Dieser Abstand R wird im Ausführungsbeispiel so gewählt, daß bei einer Abweichung der Positionierung der Tastsonde um + 1/2 Schritt des Schrittschalt-Stellmotors 1 ein Schließen der Lichtschranke 5 bewirkt wird, Damit errechnet sich der Abstand R aus

R = ^B ° —

Hierin ist B die Breite des Schlitzes 6 und Z die.Anzahl der Schritte für eine Umdrehung des Schrittschalt-Stellmotors 1. Pur B =0,4 ram und Z = 240 beträgt der Abstand R = 30,5 mm.

Der Signalausgang der Lichtschranke 5 ist mit dem Eingang eines Istwert-Zählers 7 und dem einen Eingang einer TOID-Sehaltung 8 verbunden» An den Ausgang der Steuerstufe 3 ist über einen Frequenzteiler 9 der Eingang eines Sollwert-Zählers 10 angeschlossen, dessen Ausgänge mit ersten Eingängen einer Vergleichsschaltung 11 verbunden sind. Die. zweiten Eingänge der Vergleichsschaltung 11 sind-an die Ausgänge des Istwert-Zählers 7 geführt und ihr Ausgang an den anderen Eingang der UND-Schaltung 8„ Das Teilung sverhältnis Q des Frequenzteilers 9 ergibt sich aus der Beziehung

Q =

Mit Z = 240 und S = 1 ergibt sich für das Teilungsverhältnis Q = 240. .

Der Ausgang der UND-Schaltung 8 ist mit einer Auswertesehaltung

₇ 217453

12 verbunden, die Bestandteil der Steuerstufe 3 ist.

Bei der Erklärung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Positionskontrolleinrichtung wird davon ausgegangen, daß sich die Tastsonde in einem bestimmten Rasterpunkt, einem Kontaktpunkt der zu prüfenden elektronischen Baugruppe, befindet. Nach Beendigung der Prüfung dieses Kontaktpunktes wird dem Eingang der Steuerstufe 3 nach einem vorbestimmten Prüfprogramm ein Signal zugeführt, das durch das Eingabesymbol 13 versinnbildlicht dargestellt wurde. Zur Durchführung der nächsten Prüfung soll die Tastsonde um zwei Rasterpunkte, zum nächsten zu prüfenden Kon» taktpunkt, transportiert werden. Hierzu sind voraussetzungsgemäß zwei Umdrehungen der Schlitzscheibe 4 in entsprechender Drehrichtung erforderlich, also 2Z = 480 Steuerimpulse am Ausgang der Steuerstufe 3» lach erfolgter Positionierung der Tastsonde muß die Stellung des Sollwert-Zählers 10 unter Berücksichtigung des Teilungsverhältnisses Q = 240 des Frequenzteilers 9 bei positiver Drehrichtung der Schlitzscheibe 4 um. 2 erhöht sein« Das gleiche gilt bei fehlerfreier Positionierung für die Stellung des Istwert-Zählers 7» da dann die Lichtschranke 5 zwei Impulse abgegeben hat,, Die Vergleichsschaltung 11 stellt damit Übereinstimmung der Zählerstände fest und quittiert das an ihrem Ausgang mit einem logischen L-^ignal. Da nach Erreichen der neuen Endlage der Tastsonde die Lichtschranke 5 bei ordnungsgemäßer Positionierung voll geöffnet ist, liefert sie gleichfalls ein L-Signal an die UND-Schaltung 8. Die Auswerteschaltung 12 erkennt das L-^ignal am Ausgang der UND-Schaltung 8 als fehlerfreie Positionierung und gestattet die Fortsetzung des Prüfvorganges. Bei einem O-Signal, also im Fehlerfall, bewirkt sie die Nullstellung der Tastsonde, also deren Transport in-die Ausgangslage der Tastsonde zwecks Wiederholung des gesamten Prüfvorganges.

Im einzelnen sind folgende Positionsfälle möglich: a) Der Vergleich der Zählerstände zwischen Sollwert- und Istwert-Zähler liefert keine Differenz, d.hu, es wurde der

217453

richtige Rasterpunkt angefahren. Die Lichtschranke ist geöffnet j d.h.» die Tastsonde befindet sich genau im Rasterpunkt ο Die Tastsonde befindet sich also in der richtigen Position. J

b) Der Vergleich der Zählerstände zwischen Sollwert- und Istwert-Zähler liefert keine Differenz, aber die Lichtschranke ist geschlossen, d.h₀, es wurde der richtige Rasterpunkt nicht ganz erreicht oder überfahren. Die Position der Tastsonde ist also fehlerhaft.

c) Der Vergleich der Zählerstände zwischen Sollwert- und Istwert-Zähler liefert eine Differenz, aber die Lichtschranke ist geöffnet. Die Tastsonde befindet sich zwar genau in einem Rasterpunkt, aber in einem falschen_o

d) Der Vergleich·der Zählerstände zwischen Sollwert- und Istwert-Zähler liefert eine Differenz, und die Lichtschranke ist geschlossen» Die Tastsonde befindet sich in der Nähe eines falschen Rasterpunktes_o

Claims (3)

- 9 - 21 7<4 53 Erfindungsanspruch

1. Positionskontrolleinrichtung für Stellantriebe, die eine Steuerstufe, eine Ansteuerschaltung für einen Stellmotor und mechanische Übertragungsglieder zwischen Motorwelle und einem Stellglied enthalten, mit einer auf der Motorwelle befestigten, zwischen den Elementen einer Lichtschranke angeordneten Schlitzscheibe, wobei der Signalaus-" gang der Lichtschranke mit dem Eingang eines Istwert-Zählers und dem einen Eingang einer UND-Schaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen zwei benachbarten Schlitzen (6) der Schlitzscheibe (4) gleich deren Drehwinkel beim Transport des Stellgliedes von einem Rasterpunkt zu einem unmittelbar benachbarten Rasterpunkt des Bewegungsrasters des Stellgliedes ist, wobei das Übersetzungsverhältnis der mechanischen Übertragungsglieder so gewählt ist, daß dieser Drehwinkel 360° geteilt durch eine natürliche Zahl beträgt, und daß an den Ausgang der Steuerstufe (3) über einen Frequenzteiler (9) der Eingang eines Sollwert-Zählers (10) angeschlossen ist, dessen Ausgänge mit ersten Eingängen einer Vergleichsschaltung (11) verbunden sind, deren zweite Eingänge an die Ausgänge des Istwert-Zählers (7) angeschlossen sind und deren Ausgang an den anderen Eingang der OTD-Sehaltung (8) geführt ist, wobei sich das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers (9) aus der An-. zahl der für eine Umdrehung der Schlitzscheibe (4) erforderlichen Steuerimpulse am Ausgang der Steuerstufe (3) geteilt durch die Anzahl der Schlitze (6) der Schlitzscheibe (4) ergibt, und daß der Ausgang der UND-Schaltung (8) an eine Auswerteschaltung (1.2) angeschlossen ist.

2«, Positionskontrolleinrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (12) Bestandteil der Steuerstufe (3) ist und bei Positionierfehlern die Nullstellung des Stellgliedes auslöste

-,ο* 2 17453

3. Positionskontrolleinrichtung nach Punkt 1 oder nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (6) als Parallelschlitze ausgebildet sind.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen