DE1221672B - Analog-Digitalwandler mit einer die Winkelstellung einer Achse od. dgl. angebenden, codierte Skalenwerte tragenden Skaleneinrichtung - Google Patents

Description

BUNDESKEPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/20

Nummer: 1221672

Aktenzeichen: Z 8076 VIII a/21 al

Anmeldetag: 18. Juni 1960

Auslegetag: 28. Juli 1966

Es ist bekannt, Positionen von Konstruktionselementen, wie Zahlrädern, Wellen, Skalen usw., in codierter Form abzulesen. Es ist z. B., wie F i g. 1 zeigt, die Anzeige von acht Positionen (Elementarschritte) möglich, wenn dazu nach üblicher Methode drei Kanäle nebeneinander benutzt werden, welche als Skalenspuren aus Ja - Nein - Feldern senkrecht zur Skalenausdehnung bzw. Bewegungsrichtung von einer Ablesevorrichtung abgelesen werden. Die Ablesung im Fenster F kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. fotoelektrisch, durch mechanische Nocken od. dgl.

Es ist auch bereits bekannt, zur Einsparung von Kanälen sogenannte zyklische Code zu verwenden, bei denen im einfachsten Fall eine einzige Skalenspur aus Ja-Nein-Feldern vorgesehen ist, von denen jeweils mehrere in fester Position zueinander liegende, vorzugsweise in Richtung der Skalenausdehnung, direkt aneinandergrenzende Felder gleichzeitig abgetastet werden und wobei die Ja-Nein-Werte auf der Skalenspur so verteilt sind, daß bei jeder Stellung der Abtastmittel zur Spur eine andere Ja-Nein-Kombination herausgelesen wird.

F i g. 2 zeigt ein einfaches Beispiel eines solchen zyklischen Codes für acht Positionen, bei dem nur noch ein Kanal erforderlich ist. Die Abtastung erfolgt durch Erfassung jeweils dreier nebeneinanderliegender Felder des gleichen Kanals innerhalb des Fensters F₀. Der Schlüssel ist dabei so aufgebaut, daß für jede der acht periodisch wiederkehrenden Positionen eine andere Kombination von drei Ja-Nein-Werten auftritt. Nachstehende Tabelle I zeigt die acht verschiedenen Ja-Nein-Wertkombinationen 0 bis 7, wobei ein schwarzes Feld mit L = Ja, ein weißes Feld mit 0 = Nein bezeichnet ist:

	Tabelle I
0	000
1	0OL
2	0Z.0
3	LOL
4	QLL
5	LLL
6	LLO
7	LOO

Analog-Digitalwandler mit einer die
Winkelstellung einer Achse od. dgl. angebenden,
codierte Skalenwerte tragenden Skaleneinrichtung

Bei sehr langen, viele Positionen enthaltenden Skalen, führt das beschriebene Einkanalverfahren zu Anmelder:

Zuse K. G.,

Bad Hersfeld, Große Industriestr. 19 u. 21

Als Erfinder benannt:

Dr. Konrad Zuse, Bad Hersfeld

sehr komplizierten Skaleneinteilungen, deren Entcodung schwer in einfache Gesetze zu fassen ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Analog-Digitalwandler mit einer die Winkelstellung einer Achse od. dgl. angebenden Skaleneinrichtung, auf der die Skalenwerte in codierter Form als Ja-Nein-Werte, insbesondere optisch als Schwarz-Weiß-Werte, direkt oder auf dem Umwege über eine fotografische Zwischenaufzeichnung indirekt abtastbar angebracht sind, derart ausgebildet, daß auf mindestens einer Skalenspur eine Feinteilung in Form eines sich innerhalb des Anzeigebereiches mehrfach wiederholenden zyklischen Codes und auf mindestens einer weiteren, in fester Zuordnung zu der ersten stehenden Skalenspur eine mit der Periode der ersten Skalenspur fortschreitende Grobteilung in Form eines nichtzyklischen Codes in solcher Anordnung der Codeelemente vorgesehen sind, daß in Abhängigkeit von der aus dem zyklischen Code abgelesenen Information die Auswahl und/oder Reihenfolge der aus dem nichtzyklischen Code zu lesenden Informationseinheiten bestimmt wird.

F i g. 3 zeigt einen Aussschnitt aus einer Skala mit drei Skalenspuren Sk₀, Sk₁ und Sk₂, von denen die unterste, Sk₀, nach einem 5stelligen zyklischen Code mit einer 20stelligen Periode aufgebaut ist. Nachstehende Tabelle II zeigt den zyklischen Code für die den dezimalen Einerstellen zugeordneten Ja-Nein-Wert-Kombinationen, wobei den Ziffern 0 bis 9 ab-

609 607/351

	Tabelle II
O	LLLLL
1	LLLLO
2	LLLOO
3	LLOOO
4	£0000
5	00000
6	OOOOL
7	OOOLL
δ	OOLLO
9	OLiOI,
O	LLOLL
1	LOLLO
2	OLLOO
3	LLOOL
4	LOOLO
5	OOLOO
6	OLOOi
7	iOOii
8	0OiLi
9	OLLLL

3 4

wechselnd zwei verschiedene Codekombinationen zu- einer Anordnung gemäß F i g. 4 a, welche durch die geordnet sind: vom Ablesefenster abgebildeten Schwarz-Weiß-Felder

belichtet werden. Pz 1 bis Pz 5 wirken zunächst auf eine Wahlpyramide Wp₀ mit 20 Ausgängen 0 ... 9 und 0' ... 9', welche die Einerziffern nach Tabelle II entschlüsselt. Die Ausgänge der Wahlpyramide Wp₀ schalten dazu zunächst die Ziffernleitungen Z₀, 0 bis 9, für die Einerziffern und ferner vier Steuerleitungen Sl₁, (SZ₂, Sl₃ und S7₄. Sl₁ ist dabei das »Gerade-ungerade«- Kriterium, welches die Phasenlage der Blöcke in bezug auf das Fenster bestimmt. Bei »gerade« sind über die Schaltereinrichtung S₁ die Fotozellen Pz6, PzI, PzS, Pz9 und PzIl, PzIl, Pzl3, Pzl4 eingeschaltet, bei »ungerade« Pz7, Pz8, Pz9, PzIO undPzl2, Pz 13, Pz 14, Pz 15. Die Steuerleitung Sl₂ bestimmt die zyklische Vertauschung der Fotozellengruppe zu den Ziffern Z₂ (Hunderter) bzw. Z₁ (Zehner). Dadurch werden die Wahlpyramiden Wp₁ und Wp₂ gesteuert, die die Entschlüsselung der Tetradenblöcke gemäß Tabelle III bewirken. Sl₃ bewirkt über die Schaltereinrichtung S₂ die Erniedrigung der Ziffern Z₁ um Eins, falls der durch das Fenster erfaßte Block für Z₁ bereits im nächsten Bereich liegt, Z₁ also um Eins zu hoch abgelesen wird. Bei der Ziffer Z₂ ist eine derartige Umschaltung nur dann erforderlich, wenn die Ziffern Z₁ = 9 ist. Dies wird durch die Steuerleitung «S7₄ über das Konjunktionsglied JSr₁ und die Schaltereinrichtung S₃ bewirkt.

Ein weiteres Beispiel einer Anordnung gemäß der

Die beiden höheren Dezimalziffern der im Ablese- 30 Erfindung zeigen F i g. 5 und 6. Darin wird die Lösung fenster F₁ in F i g. 3 abgelesenen dreistelligen Zahl der Aufgabe gezeigt, in einem Theodoliten eine Kreissind durch zwei je vier Felder umfassende, im folgenden teilung in Neugraden mit Neu-Sekundengenauigkeit noch näher zu beschreibende Blöcke in Sk₁ und Sk₂ ablesen zu können. Zu diesem Zweck ist die Gesamtenthalten. Den dabei gewählten Code, der an sich ablesung auf zwei Skaleneinrichtungen mit je einem beliebig ist, zeigt die folgende Tabelle: 35 Ablesefenster verteilt, von denen eines die Grobab

lesung auf 20° (Neuminuten) und das andere die Fein-

Tabelle III ablesung auf l^co (Neusekunde) Genauigkeit vornimmt.

400s (Neugrade) auf 1 Sekunde genau abzulesen, er-

„ . 00 - . OL fordert eine Skaleneinteilung von insgesamt 4 000 000

' 00 OL 40 Positionen. Diese sind nun auf zwei Ablesefenster F₂

QQ Q£ und F₃ verteilt, so daß noch 2000 Positionen je Fenster

^" OL ^' LO ^zur Anz^S⁶ gebracht werden müssen. Beide Ablese

einheiten sind mechanisch durch ein Übersetzungs-

2.00 η. Oi getriebe 1: 2000 miteinander verbunden. Die Ablesung

"LO 'LL ₄₅ erfolgt in Anlehnung an das in F i g. 4 gezeigte Ver-

00 LO fahren, wobei in beiden Ablesefenstern insgesamt je

^ ' LL ^ ' 00 ^vi^er Kanäle α bis d in horizontaler Richtung abgelesen

werden. Jeweils der unterste Kanal d von F₂ und F₃

^4: nn ^9: or der F i g. 5 und 6 entspricht der Feinteilung und ist

zyklisch codiert. Im folgenden sei zuerst an Hand von F i g. 5 die Ablesung der ersten Skaleneinrichtung

Infolge der fortlaufenden Codierung in Skalen- beschrieben, die eine 400-Grad-Teilung auf 20 Minuten richtung ist die zyklisch abwechselnde Lage der Blöcke Genauigkeit entlang einer Skalenteilung von 2000 Posizueinander bedingt; jeweils während zweier Ablese- tionen vornimmt,
einheiten der untersten Skala liegt der eine, beispiels- 55
weise dem Zehner zugeordnete Block innerhalb des
Fensters vor dem anderen Block, der beispielsweise _m)

dem Hunderter zugeordnet ist. Die Information darüber, welche Schwarz-Weiß-Felder bei der jeweiligen Stellung des Fensters den abzulesenden Blöcken zugeordnet sind und wie die beiden innerhalb des Fensters erscheinenden Blöcke der Zehner- und Hunderter-Stelle zuzuordnen sind, wird aus der zu

diesem Zweck auf 20 Positionen ausgedehnten zy- Tabelle IV, m) zeigt den zyklischen Code der

Mischen Codierung der untersten, der Einerstelle züge- 65 untersten Skala d, die die Minutenteilung in Sprüngen ordneten Skalenteilung entnommen. zu je 20 Minuten enthält. Tabelle IV, n) zeigt die Infor-

F i g. 4 zeigt eine entsprechende Entschlüsselungs- mation für die drei anderen Kanäle a, b, c, wie deren einrichtung. Man hat die Fotozellen Pz 1 bis Pz 15 in Felder innerhalb der Spalten Sp 1 bis Sp 9 des Ablese-

	Tabelle	IV	56789
0	OOOLL	n) Sp	45678
20	00LL0		34567
40	OLLOO		23456
60	LLOOO		12345
80	LOOOL

fensters F₂ abgelesen werden müssen. So müßten beispielsweise in der gezeichneten Stellung, die in d laut Tabelle IV, m) eine Null anzeigt, gemäß Tabelle IV, n) zur Entschlüsselung die Felder der Spalten 56789 des Ablesefensters in den Kanälen a, b, c abgelesen werden. Bei einer Stellung 40^c müßten dann laut Tabelle IV, n) die Spalten 34567 abgelesen werden.

	Tabelle V
O	OOOLL
1	00L0L
2	OLOOL
3	LOOOL
4	00LL0
5	OLOLO
6	LOOLO
7	OLLOO
8	LOLOO
9	LLOOO

Tabelle V zeigt einen 2-aus-5-Code, nach dem die Zeilen a, b, c im Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung verschlüsselt sind. Der relativ große Aufwand an Ablesefeldern ist durch die Verwendung des 2-aus-5-Codes bedingt, der jedoch den Vorteil der Ablesekontrolle zur Vermeidung von Ablesefehlern bietet.

F i g. 6 zeigt das Ablesefenster F₃ der zweiten Skaleneinrichtung zum Feinablesen der 20-Minuten-Sprünge von F₂ der F i g. 5 auf 1 Sekunde Genauigkeit, wofür wiederum eine Skaleneinteilung von 2000 Positionen nötig ist.

	Tabelle VI	q) Sp	56789
p)0	000LL		45678
1	00LL0		34567
2	OLLOO		23456
3	LLOOO		12345
4	LOOOL	Sp	56789
5	000LL		45678
6	00LL0		34567
7	OLLOO		23456
8	LLOOO		12345
9	LOOOL

um die Ziffern 7 oder 2 handelt, die gemäß Tabelle VI in ihrer zyklischen Codierung identisch sind, aus dem Kanal α entnommen, der jeweils innerhalb der Ziffern 5 bis 9 dann noch die gestrichelt eingerahmten Felder als Ja-Werte enthält.

Tabelle VII
Kanal a

0^s(O ... 4)^c°!00J0 LL

(5 ... 9)^ce;LLjLLL
(0 ... 4)^cc : 00 j L OL
(5 ... 9)^cc iLL j L OL

Die Kanäle b, c enthalten den 2-aus-5-Code und sind daher in der Richtigkeit der Ablesung kontrollierbar.

In F i g. 7 und 8 werden Ausführungsbeispiele der Gestaltung des Ablesefensters für Skaleneinrichtungen

as gemäß der Erfindung gezeigt. Jeweils der unterste Kanal enthält eine zyklische Codierung. Bei Verwendung von nur zwei Kanälen zur Anzeige einer 3stelligen Zahl ist in F i g. 7 dargestellt, wie das Ablesefenster dann zweckmäßig ausgeführt wird. In F i g. 8 ist jeder Dezimalstelle ein Kanal zugeordnet.

F i g. 9 zeigt die Codierung einer östelligen Zahl in fünf Kanälen. Der unterste Kanal ist zyklisch codiert, und in den vier oberen Kanälen sind nebeneinanderliegende Tetraden enthalten, und jeweils fünf ■ davon befinden sich innerhalb des Ablesefensters und werden bezüglich ihrer Reihenfolge in Anlehnung an das in den F i g. 4, 5, 6 beschriebene Verfahren abgelesen.
Ist es erwünscht, die Ablesung nicht parallel mit Hufe von beispielsweise den Ablesefeldern zugeordneten Fotozellen vorzunehmen, sondern mit Hilfe einer in F i g. 11 gezeigten optischen, in Zeilenrichtung abtastenden Ableseeinrichtung (Serienablenkung), so ist es vorteilhaft, nach F i g. 10 das Ablesefenster F auch für den untersten Kanal gleich breit wie für die oberen Kanäle zu machen.

Claims (15)

Patentansprüche: Tabelle VI, p) zeigt die zyklische Codierung von Kanal d; Tabelle VI, q) die Information für die Kanäle a, b, c in den Ablesefensterspalten SpI bis Sp9 in Analogie an das in F i g. 5 für die Ablesung der ersten Skaleneinrichtung beschriebene Verfahren. Die Kanäle d dieser beiden Skaleneinrichtungen enthalten denselben zyklischen Code. Während jedoch in der ersten Skaleneinrichtung für die Minutenanzeige in Sprüngen zu je 20° gemäß F i g. 5 nur fünf Positionen je Periode nötig sind, erfordert die Ablesung der Sekunden in der zweiten Skaleneinrichtung deren zehn je Periode. Laut Tabelle VI, p) wiederholt sich daher dieser zyklische Code innerhalb der Ziffern 0 bis 9 einmal. Wie Tabelle VII zeigt, wird jedoch die Information, ob es sich bei der Ablesung in Kanal d beispielsweise

1. Analog-Digitalwandler mit einer die Winkelstellung einer Achse od. dgl. angebenden Skaleneinrichtung, auf der die Skalenwerte in codierter Form als Ja-Nein-Werte, insbesondere optisch als Schwarz-Weiß-Werte, direkt oder auf dem Umwege über eine fotografische Zwischenaufzeichnung indirekt abtastbar angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Skalenspur eine Feinteilung in Form eines sich innerhalb des Anzeigebereiches mehrfach wiederholenden zyklischen Codes und auf mindestens einer weiteren, in fester Zuordnung zu der ersten stehenden Skalenspur eine mit der Periode der ersten Skalenspur fortschreitende Grobteilung in Form eines nichtzyklischen Codes in solcher Anordnung der Codeelemente vorgesehen sind, daß in Abhängigkeit von der aus dem zyklischen Code

abgelesenen Information die Auswahl und/oder Reihenfolge der aus dem nichtzyklischen Code zu lesenden Informationseinheiten bestimmt wird.

2. Analog-Digitalwandler nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswahl der aus dem nichtzyklischen Code abzulesenden Einheiten ein »Gerade-ungerade«-Kriterium vorgesehen ist.

3. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Wert der im nichtzyklischen Code abgelesenen Zahl dann um Eins vermindern, wenn durch die Auswahlmittel bereits der nächsthöhere Stellenwert im nichtzyklischen Code abgelesen wird.

4. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den nichtzyklisch codierten Skalenspuren weitere Informationen zugeteilt werden, die die Zahl der unterscheidbaren Positionen des gegebenen zyklischen Codes erhöhen.

5. Analog-Digitalwandler mit einer extrem hohen Anzahl von zur Anzeige zu bringenden Positionen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Skaleneinrichtungen nach Anspruch 1 in festem Übersetzungsverhältnis miteinander gekuppelt sind.

6. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 5,' dadurch gekennzeichnet, daß zwei Skaleneinrichtungen vorgesehen sind, die in einem Theodoliten eine 400e(Neugrade)Kreisteilungmitinsgesamt4000000 oder 2 000 000 Positionen zur Anzeige bringen.

7. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Skaleneinrichtung eine Grobablesung auf 20^c (Neuminuten) Genauigkeit und in der zweiten Skaleneinrichtung eine Feinablesung auf l^co oder 2^CC (Neusekunden) Genauigkeit vorgesehen ist, wobei die Skaleneinrichtung für Grobablesung 2000 Positionen und die Skaleneinrichtung für Feinablesung auf l^co 2000 Positionen bzw. auf 2^CC1000 Positionen zur Anzeige bringen (Fig. 5 und 6).

& Analog-DigitalwandlernachAnspruchoundy, dadurch gekennzeichnet, daß der für die unterste Skalenspur (d) einer jeden Skaleneinrichtung vorgesehene zyklische Code für fünf Positionen ausgelegt ist (Fig. 5 und 6).

9. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Skaleneinrichtung außer der untersten zyklisch codierten Skalenspur (d) drei weitere Skalenspuren (a, b, c) vorgesehen sind (Fig. 5 und 6).

10. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Skaleneinrichtung alle drei weiteren Skalenspuren (a, b, c) je einen 2-aus-5-Code enthalten (F i g. 5).

11. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Skaleneinrichtung nur die beiden der untersten Skalenspur nächstfolgenden Skalenspuren (b, c) einen 2-aus-5-Code enthalten (F i g. 6).

12. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Skaleneinrichtung die oberste Skalenspur (α) außer einer beliebigen Codierung weitere Informationen enthält, die den nach Anspruch 9 auf fünf. Positionen ausgelegten zyklischen Code der untersten Skalenspur (rf) auf zehn Positionen erweitern (Fig. 6).

13. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in den drei nichtzyklisch codierten Skalenspuren (g, b, c) abgelesenen fünf Felder immer in einem Block von fünf nebeneinanderliegenden senkrechten Spalten enthalten sind (F i g. 5 und 6).

14. Analog-Digitalwandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelesenen 15 Felder der drei oberen Skalenspuren (a, b, c) in einem 27 Felder dieser oberen Skalenspuren erfassenden Ablesefenster (.F₂, .F₃) enthalten sind (F i g. 5 und 6).

15. Analog-Digitalwandler nach Anspruch ■ 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablesefenster (F₂, -F₃) in der untersten Skalenspur (d) fünf Felder und in den drei oberen Skalenspuren (a, b, c) je neun Felder erfaßt (Fig. 5 und 6).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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