DE1137569B - Kodiereinrichtung fuer einen Analog-Digital-Umsetzer - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT G 01 d; G 06 b

C 20842 IXb/42 d

ANMELDETAG: 19. FEBRUAR 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIBT: 4. OKTOBER 1962

Die Erfindung betrifft eine Kodiereinrichtung für einen Analog-Digital-Umsetzer, d. h. ein Gerät, das den in analoger Form vorliegenden Meßwert einer physikalischen Größe als Zahl überträgt. Hiermit soll die Winkelstellung einer in Umlauf versetzten Welle als Digitalwert übertragen werden.

Es sind bereits Umsetzer bekannt, die diese Aufgabe erfüllen. Die einen, die sogenannten Winkelumsetzer, übertragen das digitale Winkelmaß unmittelbar, d. h. in einem linearen Kode, z. B. einem arithmetischen elektronischen Digitalrechner. Ein Rechner aber, der nur eine Information in Sinusoder Kosinusform verwerten kann, muß die Informationsgrößen aus dem Winkel selbst durch eine Operation berechnen, die in einer Abfrage einer Tafel trigonometrischer Reihen und einer Interpolation besteht. Beim derzeitigen Stand der Technik bedingt diese Operation bei der gewünschten Wiederholungsfrequenz einen viel zu großen Zeitverlust. Der einzige Vorteil dieses Umsetzers beruht darauf, daß die Winkelgradeinteilung desselben gleichförmig und es somit möglich ist, die feinsten Gradeinteilungen auf ein gegenüber der Antriebswelle mit höherer Geschwindigkeit umlaufendes Rad aufzutragen.

Die anderen, sogenannten Sinus-Kosinus-Kodierer liefern dem Rechner bereits die Werte dieser trigonometrischen Funktionen, und zwar für gewöhnlich in einem binären Reflexkode. Nach Umwandlung in einen geraden Kode sind diese Auskünfte unmittelbar durch den Rechner verwertbar, was zu einem minimalen Zeitverlust führt.

Jedoch ist die Ausführung eines solchen Umsetzers schwierig, wenn man eine hohe Genauigkeit erstrebt. Es darf nämlich nicht übersehen werden, daß zwischen den Winkelmaßen und den entsprechenden Werten der trigonometrischen Funktionen kein Proportionalitätsverhältnis besteht. Man muß demgemäß auf die Scheibe des Umsetzers Hunderttausende von Teilstrichen jeweils mit einer Genauigkeit von einigen Mikron mit für alle verschiedenen ungleichen Abständen abbilden. Um eine solche Kodierscheibe herzustellen, muß man einen elektronischen Rechner schaffen, der in der Lage ist, eine trigonometrische Tafel abzufragen und den jedem der aufeinanderfolgenden binären Werte des Sinus und des Kosinus entsprechenden genauen Winkel zu errechnen. Anschließend bringt ein mechanischer Teiler äußerst hoher Genauigkeit ein Rad in eine dem so errechneten Winkel entsprechende Stellung, und eine selbsttätige optische Einrichtung bildet bei diesem Winkel den entsprechenden Teil-Kodiereinrichtung für einen Analog-Digital-Umsetzer

Anmelder:

Compagnie Fran$aise Thomson-Houston, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. Dipl.-oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt, München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 19. Februar 1959 (Nr. 787 199)

Mario Sollima, Colombes, Seine-et-Oise (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

strich ab. Die Ausführung einer solchen Vorrichtung ist recht langwierig und ziemlich kostspielig. Ferner ist infolge der Ungleichmäßigkeit der Winkelgradteilungen eine Geschwindigkeitsuntersetzung zwischen der Antriebswelle und dem Umsetzer nicht möglich.

Der Umsetzer muß also bei einem Umlauf der ihm zugeordneten Welle ebenfalls einen vollständigen Umlauf vollführen.

Dem Gegenstand vorliegender Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kodiereinrichtung zu schaffen, die die Vorteile der beiden vorerwähnten Umsetzertypen vereint, ohne deren Nachteile zu besitzen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit gleicher Geschwindigkeit wie die Antriebswelle umlaufende Scheibe die kodierten Werte der Sinus- und Kosinusfunktion für die durch die grobe Winkelgradteilung gegebenen runden Winkelwerte und außerdem eine gegenüber der ersteren feinere Winkelgradteilung trägt, die das kodierte Winkelmaß zwischen dem Stellungswinkel und dem nächstliegenden runden Winkelwert angibt.

Hiermit wird der doppelte Vorteil erzielt, daß die

Teilstriche bequemer angezeichnet werden können und die Verwendung eines Rades oder einer Scheibe möglich ist, die gegenüber der Antriebswelle schneller umläuft und die feinen Gradteilungen trägt.

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Außerdem liefert die Kodiereinrichtung Informationen, die nahezu unmittelbar verwertbar sind: Wenn man den die Winkellage der Welle bestimmenden Winkel mit Θ und einen Θ und einem runden Winkelwert benachbarten konstanten Winkel mit Θϊ bezeichnet, erhält man am Ausgang der Kodiereinrichtung die Werte von sin Θϊ und cos &% sowie denjenigen des Winkelabstands Θ — Θϊ. Durch einfache Rechenoperation kann man nun aus den drei von der Kodiereinrichtung gelieferten Größen io die Werte von sin Θ und cos Θ ermitteln. Hierfür genügt es nämlich, mit den auf die erste Ordnung begrenzten Entwicklungen von sin Θ und cos Θ zu operieren:

sin Θ = sin Θϊ + (Θ — Θϊ) cos ι cos Θ = cos Θϊ — (Θ — Θί) sin Θι

Die Theorie zeigt, daß die dem Prinzip der Kodierung anhaftenden Fehler gegenüber den von der

natürlichen Werten der Sinus und Kosinus (einschließlich Vorzeichen).

Diese Zahlen können entweder von einer elektrischen oder einer optischen Ableseeinrichtung abge-5 lesen werden. Im ersteren Falle sind die Kreisringabschnitte gemäß dem ihnen jeweils zugeordneten binären Symbol leitend oder nichtleitend. Im zweiten Falle sind diese Kreisringabschnitte entweder lichtdurchlässig oder lichturidurchlässig.

Der Übergang zwischen den Ablesungen zweier aufeinanderfolgender Sektoren kann zu Fehlablesungen führen. Aus diesem Grunde wird jede Funktion von zwei Ableseorganen 8, 9 (Fig. 2 A) abgelesen, die um einen halben Sektor gegeneinander 15 verschoben sind. Der Wechsel von einem Ableseorgan zum anderen erfolgt durch eine geeignete Vorrichtung, wie z. B. einen durch ein von dem zweiten Kreisring herrührendes Signal gesteuerten und mit dem Wechsel des Vorzeichens des Winkelmechanischen Herstellung des Geräts herrührenden 20 abstands zwischen dem Eingangswinkel und dem Fehlern vernachlässigbar sind. Zum besseren Ver- Winkel Θϊ synchron arbeitenden Diodenschalter, ständnis der technischen Merkmale der Erfindung Eine vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung

und der durch sie erzielten Vorteile werden folgend besteht auch darin, die beiden Ableseorgane 8 und 9 zwei Ausführungsbeispiele in ihren bezüglich der jeder Funktion statt nebeneinander (Fig. 2 A) auf Konstruktion solcher Geräte wesentlichen Elementen 25 etwa einem halben Sektor einander diametral gegenan Hand der schematisch gehaltenen Figuren der über anzuordnen. Es ist dann aber notwendig, den Zeichnungen beschrieben. Zusatzkreisring um einen weiteren um 180° ver-

Bei einer ersten, in den Fig. 1, 2 A und 2 B schobenen zusätzlichen Kreisring zu verdoppeln, da schematisch dargestellten Ausführungsform der Er- das Vorzeichen die einzige Zahlenstelle ist, die sich findung ist eine einzige kodierte Scheibe 1 vor- 30 nicht identisch in diametraler Lage befindet,
handen, die mit der gleichen Geschwindigkeit wie Der zweite Kreisring 4, der vorzugsweise außen

die Antriebswelle 2 umläuft und die entweder direkt gelegen ist, ist ebenso wie der erste Kreisring in auf die Welle aufgebracht oder mit ihr über ein den Sektoren des inneren Kreisrings entsprechende Vorgelege verbunden ist. Sektoren unterteilt. Diese Sektoren sind umfänglich

Diese kodierte Scheibe besitzt zwei Kreisringe 3 35 in Elementarsektoren IG unterteilt, deren Anzahl so und 4, von denen jedem eine bestimmte Funktion gewählt wird, um ein der geforderten Genauigkeit zugewiesen ist. Der eine Kreisring dient nämlich entsprechendes Auflösungsvermögen zu erhalten, der Berechnung des Sinus und des Kosinus des Jeder dieser Sektoren ist seinerseits aufgeteilt in Winkels <9_}- in erster Annäherung, der andere der Kreisringfelder 12, die entsprechend dem gewählten Berechnung der Winkeldifferenz Θ — Θι zwischen 40 Zählsystem kodiert werden, wie bereits oben im dem Eingangswinkel Θ und dem Winkel Θϊ. Zusammenhang mit dem inneren Kreisring erklärt

Der erste Kreisring 3, der vorzugsweise innen wurde.

gelegen ist, ist durch η vom Mittelpunkt der Scheibe Die durch jeden Elementarsektor dargestellte Zahl

ausgehende Radien 5 in η gleiche Sektoren 6 unter- ist das gegebenenfalls mit einem entsprechenden konteilt; wenn η = 360° ist, entspricht jeder dieser 45 stanten Faktor multiplizierte Winkelmaß Θ — Θϊ Sektoren einem Scheibenmittelpunktswinkel von 1 °. zwischen dem Eingangswinkel Θ und dem nächst-

liegenden festen Winkel Θϊ, wobei der Sinus und der Kosinus dieses Winkelmaßes durch den entsprechenden Sektor 6 des Innenkreisrings gegeben sind. 50 Die durch die benachbarten Elementarsektoren des Außenkreisrings dargestellten Zahlen sind aufeinanderfolgende ganze Zahlen. Es läßt sich somithin das reflexe binäre Zahlensystem verwenden.

Das vor dem Außenkreisring angeordnete Ableseschnitte ergibt also für jeden Sektor eine binäre 55 organ 13 ließt den Wert des Winkelabstands Θ — Θϊ Zahl-, deren Stellenzahl gleich der Anzahl der Kreis- ab. Dieser Wert wird auf der Winkelhalbierenden ringabschnitte ist. Diese Zahl ist der gegebenenfalls der großen Sektoren des Außenkreisrings, d. h. in mit einem konstanten Faktor multiplizierte Wert der Mitte der Winkelgrad teilung, die ein jeder des Sinus d_s Winkels, den die Winkelhalbierende Sektor aufweist, gleich Null. Beiderseits dieser Linie des betreffenden Sektors mit einer festen Nullinie 60 wächst der Absolutwert Θ — Θϊ an, jedoch hat bildet. Um den Kosinus zu erhalten, nimmt man der Winkelabstand in Richtung wachsender Θ das eine zweite Ablesung in einem gegenüber der Ab- Vorzeichen + und in umgekehrter Richtung das lesung des Sinus rechten Winkel vor. Vorzeichen —. Wenn das Rad sich dreht, ist die

Für die Angabe des Vorzeichens jeder Sinus-oder die Änderung des Absolutwerts von Θ — Θι in Kosinusfunktion muß eine zusätzliche Zahlenstelle 65 Abhängigkeit von Θ darstellende Kurve eine Folge hinzugefügt werden. von einander gleichen, mit Neigungen konstanten

Man erhält somit auf diesem Kreisring eine Tafel Absolutwerts abwechselnd ansteigenden und fallenvon in dem geraden binären System kodierten den geraden Linien.

Durch zum Scheibenmittelpunkt konzentrische Kreise sind diese Sektoren in Kreisringabschnitte 7 unterteilt, die man gemäß einem angenommenen Einheitensystem kodiert.

Wird hierfür ein binäres System verwendet, wird jeder dieser Kreisringabschnitte dadurch kodiert, daß man ihm das numerische Symbol 0 oder 1 gibt. Die Aufeinanderfolge der kodierten Kreisringab-

Der Außenkreisring 4 weist zwei zusätzliche Bereiche 14 und 15 pro großen Sektor 11 auf, um das Vorzeichen von Θ — Θι anzuzeigen. Dieses Vorzeichen wechselt (von — auf +) jedesmal, wenn Θ ~ 0i Null wird, sobald die Winkelhalbierende eines Sektors 11 an dem Ableseorgan 13 vorbeiläuft; es wechselt ebenfalls, jedoch im umgekehrten Sinne (von + auf —), beim Übergang eines Sektors auf den nächstfolgenden.

Es läßt sich jetzt prüfen, wann der Wert der von den Ableseorganen 8 und 9, an denen der Innenring vorbeiläuft, abgelesenen Zahl geändert werden muß. Es sei angenommen, daß diese Organe beispielsweise dem ersten Quadranten gegenüberliegen und die Scheibe in Richtung wachsender Θ umläuft. Bekanntlich wechselt das Vorzeichen von Θ — θι zweimal, wenn der gesamte Sektor 11 an dem Ableseorgan 13 vorbeiläuft. Es wechselt einmal von — auf +, wenn die Winkelhalbierende des Sektors 11 vor dem Ableseorgan 13 vorbeistreicht, wobei die von einem der dem Innenring 3 zugeordneten Ableseorgane abgelesene Zahl sich nicht ändern darf. Dieses Vorzeichen ändert sich ein zweites Mal (von + nach —) in dem Augenblick, in dem ein Durchgang eines Sektors 11 oder folgenden erfolgt, wobei der Wert der von einem der dem Innenkreisring zugeordneten Ableseorgane abgelesenen Zahl dann von k sin Θι auf Ic sin Θι+χ übergehen muß.

Diese Ergebnisse werden auf folgende Art erhalten. Die Vorzeichenänderung der von dem Ableseorgan 13 abgelesenen Zahl θ — Θχ muß die notwendigen Umschaltungen der dem Innenkreisring zugeordneten Ableseorgane 8 und 9 hervorrufen. Diese Umschaltungen lassen einerseits den Wert der auf dem Innenkreisring abgelesenen Zahl von k sin Θ ι auf /c sin Θ^χ übergehen und andererseits die Störungen vermeiden, die auftreten würden, wenn ein dem Innenkreisring zugeordnetes Ableseorgan während des Laufs eines Sektors 6 auf den nächstfolgenden wirksam bleiben würde.

Nunmehr soll erklärt werden, wie. die Umschaltung der vor dem Innenkreisring 3 angeordneten Ableseorgane 8 und 9 bewirkt wird. Diese Organe sollen von nun an mit »Vorderableser« 8 und »Hinterableser« 9 bezeichnet werden, wobei der Vorderableser der erste ist, einen Sektorwechsel vorzunehmen, wenn die Scheibe umläuft.

Der Wechsel des Vorzeichens der auf dem Außenkreisring abgelesenen Zahl Θ — ©,: von — auf + erfolgt beim Durchgang dieser Zahl durch den Wert Null; er muß vermittels einer elektrischen oder elektronischen, nicht dargestellten Einrichtung den Vorderableser außer Betrieb setzen und den Hinterableser wirksam werden lassen. Der in diesem Augenblick abgelesene Wei t der Zahl k sin Θι (oder k cos <9s) ändert sich nicht, da die beiden Ableser sich jetzt auf dem gleichen Sektor 6 des Innenkreisrings befinden (Fig. 2 A).

Demgegenüber muß der Wechsel des Vorzeichens der Zahl Θ — Θι von + auf —, der beim Übergang eines Sektors 11 des Außenkreisrings auf den nächsten erfolgt, die umgekehrte Umschaltung der Ableser 8 und 9 hervorrufen. Das bedeutet, daß der Hinterableser 9 außer Betrieb gesetzt werden muß, während der Ableser 10 in Tätigkeit gebracht wird. Der dann abgelesene Wert der Zahl k sin Θι (oder k cos Θϊ) ändert sich und wird k sin Θ-,,+χ (oder k cos Θ/+χ). In diesem Falle befinden sich die beiden Ableseorgane auf zwei verschiedenen Sektoren des inneren Kreisrings (Fig. 2 B).

Die Umschaltungen wären umgekehrt, wenn die Scheibe 1 im Sinne fallender Θ umlaufen würde, wobei die entsprechenden Stellungen des Vorder- und Hinterablesers jeweils umgedreht wären.

Bei einer weiteren, in den Fig. 3 bis 5 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung macht man sich die Gleichheit der Θ — Θι darstellenden

ίο Winkelgradteilungen zunutze, die in den großen Sektoren 11 des Außenkreisrings 4 der bei der ersteren Ausführungsform verwendeten einzigen kodierten Scheibe 1 enthalten sind. Aus dieser Eigenschaft der betreffenden Winkelgradteilungen ergibt sich, daß diese auf eine Scheibe aufgebracht sein können, die gegenüber der mit ihr über ein Vorgelege verbundenen Hauptwelle schneller umläuft. Dies vermehrt die Teilstriche der Winkelgradteilungen und gestattet eine höhere Gesamtgenauigkeit des Umsetzers, unter der Bedingung, daß das verwendete Vorgelege eine mit der gewünschten Gesamtgenauigkeit des Umsetzers vereinbare Genauigkeit aufweist.
Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung weist der Umsetzer zwei Scheiben auf, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufen. Die eine Scheibe 16 (Fig. 3 A) hat die gleiche Umlaufgeschwindigkeit wie die Hauptwelle und ist in eine bestimmte Anzahl η von einander gleichen Sektoren 17 unterteilt. Wenn η = 360° ist, entspricht jeder dieser Sektoren einem Winkel von 1° mit dem Mittelpunkt als Scheitel. Wie im Falle des inneren Kreisrings 3 der Scheibe 1 (Fig. 1) teilen konzentrische Kreise die Sektoren in Kreisringabschnitte 18 auf, die nach dem angenommenen Einheitensystem kodiert sind. Wenn dieses System gerade binär ist, wird jeder Kreisringabschnitt dadurch kodiert, daß man ihm das numerische Symbol 1 oder 0 zuteilt. Die Gesamtheit der kodierten Kreisringabschnitte jedes Sektors stellt dann eine binäre Zahl dar, deren Stellenanzahl gleich der Anzahl der Kreisringabschnitte ist. Diese Zahl stellt den gegebenenfalls mit einem konstanten Faktor multiplizierten Wert des Sinus des Winkels dar, den die Winkelhalbierende des betreffenden Sektors mit einer festen Nullinie bildet. Um den Kosinus zu erhalten, erfolgt eine zweite Ablesung in einer Richtung, die mit der Ableseeinrichtung der Sinus einen rechten Winkel bildet. Jeder Sektor 17 weist einen zusätzlichen Kreisring 19 für die Anzeige des Vorzeichens jeder Sinus- und Kosinusfunktion auf. Auf diesem Kreisring erhält man somithin eine Tafel von natürlichen Werten der Sinus und Kosinus (einschließlich Vorzeichen), die in dem geraden binären System kodiert sind.

Wie bereits im Zusammenhang mit der Ablesung des inneren Kreisrings der Scheibe 1 (Fig. 1) erwähnt wurde, kann der Übergang zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sektoren bekanntlich zu Fehlablesungen führen. Die Lösung dieses Problems ist genau die gleiche wie im Falle der Scheibe 1. Man benutzt für die Ablesung jeder Funktion zwei Organe 20, 21 (Fig. 4 A), die gegeneinander um die Hälfte eines Sektors 17 verschoben sind. Der

6g Wechsel der Ablesungen wird auch hier durch eine entsprechende Vorrichtung wie einen Diodenschalter vorgenommen, die von einem Signal gesteuert wird, das von der anderen Scheibe 22 abgegeben wird, die

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mit dem Wechsel des Vorzeichens des Winkelmaßes lesenen Zahl Θ — Θι die notwendigen Umschalzwischen dem Eingangswinkel und dem Winkel Θϊ tungen der der Langsamscheibe zugeordneten Absynchron läuft. leseorgane 20, 21 hervorrufen. Diese Umschaltungen Die zweite, die sogenannte Schnell- oder Eil- spielen die gleiche Rolle wie die Umschaltungen der scheibe 22 (Fig. 3 B) ist unter Zwischenschaltung 5 dem Innenkreisring der Scheibe 1 zugeordneten eines Präzisionsvorgeleges mit der Hauptwelle ver- Ableseorgane. Die Umschaltung des der Langsambunden. Die Wahl des Übersetzungsverhältnisses des scheibe zugeordneten Vorderablesers 20 und HinterVorgeleges ist abhängig von der gewünschten ablesers 21 muß von dem der Schnellscheibe zuge-Gesamtgenaüigkeit. Beispielsweise sei angenommen, ordneten Ableseorgan 26 ausgelöst werden, ebenso daß dieses Übersetzungsverhältnis gleich 9 ist. Unter io wie die Umschaltung der dem Kreisring 3 der dieser Bedingung dreht die Schnellscheibe 22 um 9°, Scheibe 1 zugeordneten Ableser 8,9 von dem Ablesewenn die Langsamscheibe einen Umlauf von 1 ° organ 13 des Kreisrings 4 ausgelöst wird, durchführt. Besitzt die Langsamscheibe 360 Sektoren, Wie bereits erklärt worden ist, können für die Abist die Scheibe 22 in ³⁶% = 40 einander gleiche lesung der auf der oder den Scheiben eines Umsetzers Sektoren 23 unterteilt. Jeder dieser Sektoren ist 15 gemäß der Erfindung enthaltenen kodierten Zahlen seinerseits in Kreisringabschnitte unterteilt, die nach zwei verschiedene Verfahren Anwendung finden, dem binären Reflexsystem kodiert sind, wobei die Beim optischen Ableseverfahren macht man von durch jeden Sektor dargestellte Zahl gleich dem einem Ableser Gebrauch, der aus einer Reihe fotogegebenenfalls mit einem beliebigen konstanten elektrischer Zellen besteht, die längs eines Teils Faktor multiplizierten Winkelabstand Θ — Θι zwi- 20 des Radius der die abzulesende Winkelgradteilung sehen dem Eingangswinkel Θ und dem ihm be- tragenden kodierten Scheibe ausgerichtet sind. Ein nachbartsten festen Winkel Θι ist, dessen Sinus und jeder Fotozelle zugeordnetes Strahlenbündel trifft auf Kosinus durch die entsprechenden Sektoren der dieselbe auf, wenn der zwischen der Lichtquelle Langsamscheibe 16 gegeben sind. und dieser Zelle liegende Kreisringbereich licht-Wie im Falle des Außenkreisrings 4 (Fig. 1) liest 25 durchlässig ist, der beispielsweise dem kodierten das vor der Schnellscheibe angeordnete Ableseorgan Wert 1 entspricht. Dieses Verfahren ist insbesondere den Wert des Winkelmaßes Θ — Θϊ ab, der auf für das Ablesen einer auf einer Schnellscheibe entder Winkelhalbierenden der Sektoren 23 Null wird. haltenen Winkelgradteilung geeignet. Diese träg-Beiderseits dieser Linie wächst der Absolutwert des heitslosen Fotozellen gestatten, sehr schnelle UmWinkelmaßes Θ — Θι an, das jedoch im Sinne 30 schaltungen durchzuführen. Dieses Verfahren eignet wachsender Θ das Vorzeichen + und im umge- sich daher besonders für das Ablesen der von der kehrten Sinne das Vorzeichen — hat. Wenn die Schnellscheibe der Umsetzer gemäß der zuvor beScheibe 22 umläuft, ist auch hier die Kurve der schriebenen zweiten Ausführungsform getragenen Änderung von Θ — Θι in Abhängigkeit von Θ eine Winkelgradteilung.

Folge von einander gleichen, mit gleichen Absolut- 35 Als Ableseorgan kann man aber genauso mit den werten abwechselnd ansteigenden und fallenden die kodierten Bereiche aufweisenden Kreisringen der Abschnitten einer Geraden. Scheibe oder Scheiben des Umsetzers in Berührung Jeder Sektor 23 der Schnellscheibe 22 weist zwei stehende Bürsten oder dergleichen Abnehmer verzusätzliche Kreisringbereiche 24 und 25 für die An- wenden. Bekanntlich sind diese Bereiche, je nachdem gäbe des Vorzeichens von 6> — Θι auf. Dieses Vor- 40 sie der einen oder anderen der binären Ziffern entzeichen wechselt im Zeitpunkt des Durchgangs sprechen, dann 'leitend oder nichtleitend. Es gibt durch den Wert Null, und es wechselt ebenfalls, zahlreiche technische Möglichkeiten, um solche aber in umgekehrten Sinne, beim Übergang vom Scheiben zu fertigen; beispielsweise kann man die einen auf den nächstfolgenden Sektor. Technik der gedruckten Schaltungen anwenden.

Es soll jetzt untersucht werden, wann der Wert 45 Es sei jetzt eine Kodiereinrichtung gemäß der be-

der von den Ableseorganen 20, 21, an denen die trachteten zweiten Ausführungsform beschrieben, wie

Langsamscheibe 16 vorbeistreicht, abgelesenen Zahl sie in Fig. 5 dargestellt ist. Das gesamte Gerät ist

sich ändern muß. Es sei vorausgesetzt, daß diese in einem Gehäuse 27 enthalten. Die Eingangswelle 28

Organe beispielsweise dem ersten Quadranten gegen- treibt eine der Scheibe 16 (Fig. 3A) entsprechende

überliegen und die Scheibe sich im Sinne wachsender 50 Scheibe an, die die kodierten Sektoren 17 trägt.

Θ dreht. Es wurde bereits gesagt, daß das Vor- Die durch jeden dieser Sektoren dargestellte Zahl

zeichen Θ — Θι sich zweimal ändert, wenn ein entspricht dem gegebenenfalls durch einen konstanten

voller Sektor 23 vor dem der Schnellscheibe züge- Faktor des Sinus multiplizierten Wert des Winkels

ordneten Ableseorgan 26 vorbeiläuft. Es ändert sich der Winkelhalbierenden des betreffenden Sektors

ein erstes Mal von — auf +, wenn die Winkel- 55 mit einer festen Nullinie. Ein Vorgelegemultiplikator

halbierende des Sektors 23 an dem Ableseorgan 26 29 läßt eine in Verlängerung der Welle 28 ange-

vorbeiläuft (vgl. Fig. 4 B), was nicht mit einer ordnete Welle 30 antreiben. Diese Welle 30 treibt

Änderung der von einem der der Langsamscheibe 16 ihrerseits eine kodierte Scheibe an, die der Scheibe 22

zugeordneten Ableseorgane abgelesenen Zahl ver- der Fig. 3 B entspricht. Bekanntlich ist diese Scheibe

bunden sein darf. Dieses Vorzeichen wechselt ein 60 in aus kodierten Kreisringbereichen gebildete Sek-

zweites Mal, und zwar von + auf —, in dem Augen- toren unterteilt. Die durch jeden Sektor dagestellte

blick, in dem ein Übergang von einem Sektor 23 Zahl ist gleich dem gegebenenfalls mit einem kon-

auf den nächstfolgenden stattfindet, wobei der Wert stanten Faktor multiplizierten Winkelmaß Θ — Θι.

der von dem einen der der Langsunscheibe züge- Der Schnellscheibe 22 sind optische Ableseorgane

ordneten Ableseorgane abgelesenen Zahl dann von 65 zugeordnet, von denen nur ein einziges Element

k sin Θι auf k sin Θι+\ übergehen muß. dargestellt ist. Es besitzt eine Lichtquelle 31, eine

Zur Erreichung dieser Ergebnisse muß der Wechsel Kollimatorvorrichtung 32, ein Prisma 33 mit totaler

des Vorzeichens der von dem Ableseorgan 26 abge- Reflexion und eine Forozelle 34. Diese Bestandteile

31, 32, 33 und 34 sind selbstverständlich feststehend angeordnet.

Es sei bemerkt, daß es, wenn die Langsamscheibe 16 von einem Vorgelege großer Genauigkeit angetrieben wird, vorteilhaft sein kann, die Scheiben des Umsetzers unmittelbar auf den Wellen bestimmter Scheiben des Vorgeleges festzukeilen.

Diese Anordnung gestattet, die Schnellscheibe mit viel höherer Geschwindigkeit als die Langsamscheibe umlaufen zu lassen. Im Falle eines Umsetzers, dessen Langsamscheibe 16 dreihundertsechzig gleiche Sektoren aufweist, die jeweils einem Mittelpunktswinkel von 1 ° entsprechen, kann die Schnellscheibe mit einer gegenüber der Langsamscheibe 360mal größeren Geschwindigkeit angetrieben werden. Dies ist deshalb von Vorteil, da bei einer gegebenen Genauigkeit die Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Schnellscheibe deren Abmessungen zu verringern gestattet, wodurch die Herstellung wesentlich erleichtert wird. Die einzig notwendige Bedingung besteht darin, daß in dem gewählten Beispiel das angenommene Übersetzungsverhältnis durch einen Teiler der Zahl 360 gegeben ist. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft Anwendung finden in einer Werkzeugmaschine mit automatischer Steuerung (gesteuert durch den Abstand einer Teiler scheibe).

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kodiereinrichtung zur Verschlüsselung des Sinus und des Kosinus des durch Drehung einer Welle gegebenen Winkels in eine in ein elektrisches oder optisches Signal umwandelbare Binärzahl mit einer durch Radien gleichen Winkelabstands dargestellten groben Winkelgradteilung und zum Mittelpunkt konzentrischen Kreisen, bei der die Kodierung mit Hilfe von ringförmigen, eine der beiden Ziffern 0 oder 1 symbolisierenden Kreisringabschnitten vorgenommen ist, indem innerhalb eines Kreissektors die Aufeinanderfolge der kodierten Kreisringabschnitte eine Binärzahl ergibt, deren Stellenzahl gleich der Anzahl der Kreisringabschnitte ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mit gleicher Geschwindigkeit wie die Antriebswelle (2) umlaufende Scheibe (1) die kodierten Werte der Sinus- und Kosinusfunktion für die durch die grobe Winkelgradteilung (3) gegebenen runden Winkelwerte und außerdem eine gegenüber der ersteren feinere Winkelgradteilung (4) trägt, die das kodierte Winkelmaß zwischen dem Stellungswinkel (Θ) und dem nächstliegenden runden Winkelwert (6V) angibt.

2. Kodiereinrichtung mit zwei Scheiben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit gleicher Geschwindigkeit wie die Antriebswelle umlaufende erste Scheibe (16) die Grobteilung und die der ersteren gegenüber schneller umlaufende zweite Scheibe (22) die Feinteilung aufweist (Fig. 3 A, 3 B).

3. Kodiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierung der Grobteilung im geraden Binärsystem erfolgt.

4. Kodiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierung der Feinteilung nach dem binären Reflexsystem erfolgt.

5. Kodiereinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Zahlenstelle das Vorzeichen jeder Sinusoder Kosinusfunktion bestimmt.

6. Kodiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlen von einer elektrischen oder optischen Ablesevorrichtung ablesbar und die Kreisringabschnitte gemäß dem ihnen jeweils zugeordneten binären Zahlensymbol leitend oder nichtleitend bzw. lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sind.

7. Kodiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Funktion der Grobteilung von zwei um einen halben Kreissektor gegeneinander versetzten Ableseorganen (8, 9 bzw. 20, 21) ablesbar ist, deren Umschaltung vom einen zum anderen von einer durch ein von der Feinteilung herrührendes Signal gesteuerten Vorrichtung bewirkt wird.

8. Kodiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Funktion der Grobteilung von zwei auf etwa einem halben Sektor einander diametral gegenüberliegend angeordneten Ableseorganen ablesbar ist, deren Umschaltung vom einen zum anderen von einer durch ein von der Feinteilung herrührendes Signal gesteuerten Vorrichtung bewirkt wird, und die Scheibe mit einem zusätzlichen, um 180° verschobenen Kreisring versehen ist.

9. Kodiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Feinteilung bildende Kreisring (4 bzw. 22) in eine gleiche Anzahl von Sektoren (11 bzw. 23) wie der die Grobteilung tragende Kreisring (3 bzw. 16) unterteilt ist, die ihrerseits umfänglich in Elementarsektoren (10) unterteilt sind, deren Anzahl vom Auflösungsvermögen abhängig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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