DE1122613B

DE1122613B - Device for regulating and controlling machines by means of a light beam deflected in two directions

Info

Publication number: DE1122613B
Application number: DEW26370A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Wessel
Original assignee: KARL WESSEL DIPL ING
Current assignee: KARL WESSEL DIPL ING
Priority date: 1959-09-12
Filing date: 1959-09-12
Publication date: 1962-01-25

Description

Vorrichtung zum Regeln und Steuern von Maschinen mittels eines in zwei Richtungen abgelenkten Lichtstrahles Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln und Steuern von Maschinen mittels eines in zwei Richtungen abgelenkten Lichtstrahles, der über eine hinter einer Blende angeordnete Photozelle eine Schaltvorrichtung ein- und ausschaltet. Es ist eine solche Vorrichtung bekanntgeworden, bei der ein die zu regelnde Größe messendes Instrument mit einem Drehspiegel die von einer Lichtquelle kommenden Strahlen auf einen festen Spiegel wirft, von dem sie auf den Drehspiegel eines die Bezugsgröße messenden Instruments geworfen werden, und wobei die Strahlen bei vorhandener Ablenkung aus der der gewünschten Regelung entsprechenden Ebene und je nach der Ablenkungsrichtung von dem anderen Drehspiegel durch ein nach dem Umfang zu länger werdendes Fenster einer in den Weg des Lichtstrahles eingesetzten umlaufenden Blendenscheibe auf eine von zwei Photozellen fallen. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich wohl eine Regelung einer Meßgröße in Abhängigkeit von einer anderen Meßgröße erzielen, indessen ist es nicht möglich, nach jeder beliebigen Regelcharakteristik eine Regelung zwischen zwei Größen durchzuführen. Letzterem Zweck dient die Erfindung, die es ermöglichen soll, eine Regelung nach einer beliebigen, durch eine Diagrammkurve vorgegebenen Funktion zweier Werte vorzunehmen.Device for regulating and controlling machines by means of an in two directions deflected light beam The invention relates to a device for regulating and controlling machines by means of a deflected in two directions Light beam, which a switching device via a photocell arranged behind a screen turns on and off. It has become known such a device in which a Instrument that measures the size to be controlled with a rotating mirror that comes from a light source Throws incoming rays onto a fixed mirror, from which they onto the rotating mirror of an instrument measuring the reference quantity, and where the rays if there is a distraction from the level corresponding to the desired regulation and depending on the direction of deflection from the other rotating mirror through one after the other Perimeter of a window that is getting longer and inserted in the path of the light beam surrounding aperture disc fall onto one of two photocells. With such a Device can be a regulation of a measured variable as a function of a achieve other measurands, but it is not possible after any arbitrary Control characteristic to carry out a control between two variables. The latter The purpose is the invention, which should make it possible to regulate according to any, to perform the function of two values specified by a diagram curve.

Darüber hinaus ist es auch bekanntgeworden, ein Strahlenbündel auf einen von einer Meßgröße beeinflußten Drehspiegel auftreffen zu lassen, von dem aus das Strahlenbündel durch eine Maske oder Blende auf eine Photozelle abgelenkt wird. Die Maske hat hierbei die Aufgabe, einen Teil der Lichtstrahlen des Strahlenbündels abzudecken, um die Lichtintensität auf der Photozelle zu verändern und damit verschiedene Schaltwerke in Tätigkeit zu setzen. Eine Regelung auf Grund von Diagrammkurven ist mit einer derartigen Einrichtung ebenfalls nicht erreichbar.In addition, it has also become known to produce a bundle of rays to allow a rotating mirror influenced by a measured variable to impinge from the the beam is deflected by a mask or diaphragm onto a photocell will. The task of the mask is to remove some of the light rays from the beam cover to change the light intensity on the photocell and thus different To put switchgear in action. A regulation based on diagram curves is also not achievable with such a device.

Erfindungsgemäß ist die vor der Photozelle angeordnete, mit einem nach einer Diagrammkurve ausgebildeten Rand versehene Blende feststehend angeordnet und wird am Rand von dem in zwei Richtungen abgelenkten Lichtstrahl abgetastet. Der Rand der Blende kann jede beliebige Diagrammform erhalten, so daß es möglich wird, nach jeder beliebigen Regelcharakteristik zu regeln. Es läßt sich dabei zwischen allen physikalischen, elektrischen oder chemischen Größen eine Regelung durchführen.According to the invention is arranged in front of the photocell, with a formed according to a graph curve edge provided aperture fixed arranged and is scanned at the edge by the light beam deflected in two directions. The edge of the diaphragm can be given any diagram shape so that it is possible is to regulate according to any control characteristic. It can be between carry out a control of all physical, electrical or chemical variables.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können mehrere Schaltvorrichtungen parallel geschaltet werden und so eingestellt sein, daß sie in entgegengesetztem Sinne regeln. Dadurch wird ermöglicht, daß zwei Werte stets in einem durch eine Diagrammkurve gegebenen Verhältnis zueinander eingeregelt werden, sofern einer oder beide Werte beispielsweise durch eine dritte Störgröße irgendwelchen Schwankungen unterliegen. Die Störgröße kann unter Umständen eine solche sein, die durch eine Regelung nicht beeinflußbar ist.According to a further feature of the invention, several switching devices be connected in parallel and set so that they are in opposite Regulate the senses. This enables two values to always be translated into one by one Diagram curve given relationship to each other can be adjusted, provided one or both values, for example, due to a third disturbance variable of any fluctuations subject. Under certain circumstances, the disturbance variable can be one that is caused by a Regulation cannot be influenced.

Außerdem kann aber erfindungsgemäß auch nur eine Schaltvorrichtung vorgesehen sein, welche ein Regelorgan betätigt, wobei das andere, den Lichtstrahl ablenkende Regelorgan durch eine Handeinstellung od. dgl. beeinflußt wird, d. h. durch einen Meßwert, der selbst nicht geregelt wird, indessen Veränderungen unterliegt.In addition, according to the invention, only one switching device can also be used be provided which actuates a control element, the other, the light beam The deflecting control element is influenced by manual adjustment or the like, d. H. by a measured value that is not regulated itself, but is subject to changes.

Die Erfindung wird in der Zeichnung näher erläutert, die zwei Ausführungsbeispiele darstellt. Es zeigt Fig. 1 ein Diagramm x, y mit einer Kurve a, nach der geregelt werden soll, Fig. 2 und 3 je eine Ausführungsform der Regelvorrichtung nach der Erfindung, Fig. 4 eine Schablone, wie sie für die Regelvorrichtung nach der Erfindung verwendet wird.The invention is explained in more detail in the drawing, the two exemplary embodiments represents. 1 shows a diagram x, y with a curve a, according to which controlled 2 and 3 each show an embodiment of the control device according to the Invention, Fig. 4 shows a template as it is for the control device according to the invention is used.

In dem Diagramm der Fig. 1 sind die Koordinaten x und y Regel- bzw. Stellwerte für Maschinen, Maschinenteile, Apparate, Geräte od. dgl., die nach der mathematischen oder versuchsmäßig ermittelten Funktionskurve a des Diagramms zueinander geregelt werden sollen. Dem Zwecke dieser Regelung dienen die in den Fig.2 bis 4 schematisch dargestellten Regelvorrichtungen. In der Fig. 2 bezeichnen 10 und 11 ferngesteuerte oder gegebenenfalls auch mechanisch betätigte Anzeigevorrichtungen für die Stellwerte x und y der Stellorgane. Zwecks Anzeige sind zwei Spiegel 12 und 13 vorhanden, die um senkrecht zueinander stehende Achsen verdreht werden. 14 ist eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl 15 gegen den Spiegel 12 richtet. Der Spiegel 12, dessen Drehachse senkrecht zur Zeichenebene steht, wird in Abhängigkeit des einen der beiden Stellwerte, z. B. des Stellwertes x, verdreht. Der Lichtstrahl wird von dem Spiegel 12 reflektiert und trifft den Spiegel 13, dessen Drehachse in der Zeichenebene liegt, also senkrecht zur Drehachse des Spiegels 12 verläuft. Von dem Spiegel 13 wird der Lichtstrahl auf eine Photozelle P abgelenkt, vor der eine Schablone Sch mit einer Öffnung 20 angeordnet ist. Die Schablonenöffnung 20 hat die Form, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Ihre eine Kante a ist der Form der Kurve a gemäß Fig. 1 nachgebildet. Der Lichtstrahl 15 wird durch die senkrecht zueinander bewegten Spiegel 12 und 13 in zwei zueinander senkrechten Richtungen verschwenkt. Die Einrichtung ist so getroffen, daß die Bewegungen der Spiegel 12 und 13 eine Ablenkung des Lichtstrahles entsprechend den Koordinaten x und y der Fig. 1 in der der Kante a der Schablone zugeordneten Größenordnung bewirken. Der Lichtstrahl 15 tastet daher die Schablonenkante entsprechend der Verstellung der Stellwerte x und y ab.In the diagram of FIG. 1, the coordinates x and y are control values or control values for machines, machine parts, apparatus, devices or the like, which are to be controlled with respect to one another according to the mathematical or experimentally determined function curve a of the diagram. The control devices shown schematically in FIGS. 2 to 4 serve the purpose of this control. In FIG. 2, 10 and 11 denote remote-controlled or, if necessary, mechanically operated display devices for the control values x and y of the control elements. For the purpose of display there are two mirrors 12 and 13 which are rotated about mutually perpendicular axes. 14 is a light source that directs a light beam 15 against the mirror 12. The mirror 12, the axis of rotation of which is perpendicular to the plane of the drawing, is adjusted as a function of one of the two control values, e.g. B. the manipulated variable x, rotated. The light beam is reflected by the mirror 12 and hits the mirror 13, the axis of rotation of which lies in the plane of the drawing, that is, it runs perpendicular to the axis of rotation of the mirror 12. The light beam is deflected by the mirror 13 onto a photocell P, in front of which a stencil Sch with an opening 20 is arranged. The template opening 20 has the shape as shown in FIG. One of its edges a is modeled on the shape of curve a according to FIG. 1. The light beam 15 is pivoted in two mutually perpendicular directions by the mirrors 12 and 13 which are moved perpendicular to one another. The device is designed so that the movements of the mirrors 12 and 13 cause a deflection of the light beam in accordance with the coordinates x and y of FIG. 1 in the order of magnitude assigned to the edge a of the template. The light beam 15 therefore scans the template edge in accordance with the adjustment of the control values x and y.

Die Photozelle P schaltet über ein Relais R zwei Stellwerke S1 und S2. Die Stellwerke werden derart von dem Relais geschaltet, daß sie die Stellwerte der Stellorgane in entgegengesetztem Sinne, wie nachstehend beschrieben, beeinflussen. Sofern das Stellwerk S1 gemäß Fig. 1 eine Verstellung im negativen Sinne herbeiführt, bewirkt das Stellwerk S2 eine Verstellung im positiven Sinne. Umgekehrt erfolgt dann, wenn der Lichtstrahl 15 über den kurvenförmigen Rand a der Schablonenöffnung 20 hinübertritt und die Photozelle gegen den Lichtstrahl abgeschirmt ist, durch das Stellwerk S1 eine Verstellung im positiven Sinne, während das Stellwerk S2 eine Verstellung im negativen Sinne vornimmt.The photocell P switches two interlockings S1 and S2 via a relay R. The signal boxes are switched by the relay in such a way that they influence the control values of the control elements in the opposite sense, as described below. If the interlocking S1 according to FIG. 1 brings about an adjustment in the negative sense, the interlocking S2 brings about an adjustment in the positive sense. Conversely, when the light beam 15 passes over the curved edge a of the stencil opening 20 and the photocell is shielded from the light beam, an adjustment in the positive sense is carried out by the signal box S1, while the signal box S2 carries out an adjustment in the negative sense.

Es sei angenommen, der Lichtstrahl trete z. B. bei Einschaltung der Regelvorrichtung durch die öffnung 20 hindurch und bestrahle die Photozelle P. Dadurch wird der Stellwert x durch das Stellwerk S1 negativ beeinflußt (-x) und der Stellwert y durch das Stellwerk S2 positiv (+y). Der Lichtpunkt wandert dadurch, bezogen auf die in Fig.4 gezeigte Schablonenöffnung 20, schräg nach links aufwärts, bis er den Rand der Öffnung 20 überschreitet. Hierdurch kehrt sich die Steuerung der Stellwerke S, und S2 um, und der Stellwert x wird positiv (+ x), während der Stellwert y negativ wird (-y). Unmittelbar darauf kehrt der Lichtpunkt seine Richtung abermals um und steuert wieder auf -x und +y. Dies hat zur Folge, da infolge der von den Stellwerken Si und S2 ausgelösten Regelvorgängen der Lichtstrahl ständig eine Pendelbewegung über der Kurvenkante der Schablonenöffnung 20 ausführt und die Stellwerte der Stellwerke Si und S2 durch den Lichtstrahl 15 entsprechend der Kurve a in Fig. 1 verstellt werden. Sollen also zwei Meßwerte unabhängig von einer beliebigen Störgröße in einem bestimmten, durch eine Kurve a gegebenen Verhältnis gehalten werden, so verstellen die beiden Stellwerke die beiden Stehwerte x, y so lange, bis das gewünschte Verhältnis erreicht ist. Als Beispiel diene die Regelung der Belastungsaufteilung bei Dampfkesseln, elektrischen Generatoren, Turbinen und anderen Maschinen, bei denen die Schwankungen der Einzelbelastung einer Maschine in ungleichem Verhältnis zur Änderung der Gesamtbelastung stehen soll. Eine Kurve, die die Einzelbelastungen in Abhängigkeit von der Gesamtbelastung aufzeigt, braucht alsdann nur in die Form der Blende maßstäblich gebracht zu werden, so daß die beiden Stellwerke unter jeder Belastung das richtige Lastverteilungsverhältnis einstellen.Assume that the light beam occurs z. B. when switching on the control device through the opening 20 and irradiate the photocell P. As a result, the manipulated variable x is negatively influenced by the interlocking S1 (-x) and the manipulated variable y is positively influenced by the interlocking S2 (+ y). The light spot moves in relation to the position shown in Figure 4 stencil opening 20, obliquely leftwardly upwards until it exceeds the edge of the opening 20th As a result, the control of the interlockings S and S2 is reversed, and the manipulated variable x becomes positive (+ x), while the manipulated variable y becomes negative (-y). Immediately afterwards the point of light reverses its direction again and steers back to -x and + y. This has the consequence that, as a result of the control processes triggered by the signal boxes Si and S2, the light beam constantly oscillates over the edge of the curve of the template opening 20 and the control values of the signal boxes Si and S2 are adjusted by the light beam 15 according to curve a in FIG. 1 . If two measured values are to be kept in a certain ratio given by a curve a, regardless of any disturbance variable, the two signal boxes adjust the two standing values x, y until the desired ratio is reached. An example is the regulation of the load distribution in steam boilers, electrical generators, turbines and other machines, in which the fluctuations in the individual load of a machine should be in an unequal relationship to the change in the total load. A curve showing the individual loads as a function of the total load then only needs to be scaled in the shape of the diaphragm so that the two signal boxes set the correct load distribution ratio under each load.

Es ist auch möglich, an Stelle eines der Stellwerke eine Handeinstellung vorzusehen. Dabei stellt dann das verbleibende Stellwerk das zweite Stellorgan so ein, daß sein Stellwert den der Handeinstellung entsprechenden Diagrammwert erhält. Überhaupt ist es möglich, auch nur ein Stellorgan in Abhängigkeit von einem anderen Wert, der sich seinerseits in Zeitabständen ändert, zu betätigen. In diesem Fall wirkt der zeitlich geänderte Meßwert auf die Stellung eines der Spiegel ein.It is also possible to use a manual setting instead of one of the signal boxes to be provided. The remaining signal box then sets the second control element in this way that its control value receives the diagram value corresponding to the manual setting. In general, it is also possible to have just one actuator depending on another Value, which in turn changes at time intervals. In this case the measured value changed over time affects the position of one of the mirrors.

Andererseits besteht auch die Möglichkeit, mehrere Einheiten der Gesamtvorrichtung parallel arbeiten zu lassen, wobei bei jeder Vorrichtung eine andere Schablonenkante a verwendet werden kann, die Zuordnung weiterer Stellorgane nach anderen mathematischen Beziehungen steuert.On the other hand, there is also the possibility of several units of the overall device to work in parallel, with a different template edge for each device a can be used, the assignment of further actuators according to other mathematical Relationships controls.

Die Schablone Sch kann auch selbst mit einer photoelektrischen Schicht versehen werden, um durch das Auftreffen des Lichtstrahles 15 auf sie einen Schaltvorgang für Stellwerke auszulösen. Ferner ist es auch möglich, die Photozelle längs der Schablonenkante a zu unterteilen, so daß an verschiedenen Stellen der Kurve a verschiedene Photozellen von dem Lichtstrahl getroffen werden, die verschiedene Stellwerke schalten.The template Sch can be provided with a photoconductive layer itself also to trigger by the impingement of the light beam 15 on them a switching operation for signal boxes. Furthermore, it is also possible to subdivide the photocell along the stencil edge a, so that different photocells are struck by the light beam at different points on the curve a, which switch different signal boxes.

Die Spiegel können als Flachspiegel oder in besonderen Fällen als konkave oder konvexe Spiegel ausgebildet sein. Die Ablenkung des Lichtstrahles 15 kann auch so erfolgen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die beiden Anzeigewerke 16 und 17 besitzen als bewegte Organe z. B. zylindrisch geschliffene Linsen 18, 19, deren Dreh- und Schliffachse zueinander senkrecht angeordnet sind. Die Linsen können ebenfalls nach Bedarf konkav oder konvex geschliffen sein. Der aus der Lichtquelle 14 in Fig. 3 austretende Lichtstrahl 15 trifft dabei zunächst auf die Linse 18, wird von dieser in einer Richtung abgelenkt und von der Linse 19 in einer dazu senkrechten Richtung, so daß der Lichtstrahl 15 die Photozelle P in zwei senkrechten Richtungen nach den Koordinaten x und y abtasten kann, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist.The mirrors can be designed as flat mirrors or, in special cases, as concave or convex mirrors. The deflection of the light beam 15 can also take place as shown in FIG. 3. The two display units 16 and 17 have as moving organs z. B. cylindrically ground lenses 18, 19, the rotation and grinding axes are arranged perpendicular to each other. The lenses can also be ground concave or convex as required. The light beam 15 emerging from the light source 14 in FIG. 3 first hits the lens 18, is deflected by this in one direction and by the lens 19 in a direction perpendicular thereto, so that the light beam 15 travels the photocell P in two perpendicular directions can scan for the coordinates x and y, as described in connection with FIG.

Die Vorrichtungen lassen sich zur Regelung und Steuerung aller physikalischen Größen, die in der Mechanik, Elektrotechnik oder Chemie vorkommen, verwenden.The devices can be used to regulate and control all physical Use sizes that occur in mechanics, electrical engineering or chemistry.

Claims

CLAIMS: 1. Device for regulating and controlling machines by means of a two-way deflected light beam off by a arranged behind a panel photo cell, a switching device on and off, marked terized in that the arranged in front of the photocell with a after a Diagram curve formed edge provided aperture is fixed and is scanned at the edge of the deflected in two directions light beam.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that several switching devices (S1, S2), connected in parallel and set so that they are in opposite Control your senses.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that only one switching device is provided which actuates an actuator, the other actuator deflecting the light beam od by a manual setting. The like. Is influenced. Considered publications: German Patent Specifications No. 672 620, 760 632; Austrian Patent No. 185 895; German interpretative document No. 1011169.