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Steuereinrichtung für Code-Rasterspuren in Doppel- oder V-Ablesung
abtastende Signalgeber Für Lage- bzw. Winkelmessungen sind bereits Analog-Digital-Umsetzer
bekannt, die von Codemaßstäben in Form von Linealen oder Scheiben Gebrauch machen.
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In der F i g. 1 ist ein Ausschnitt eines solchen Codemaßstabes dargestellt.
Der Maßstab ist beispielsweise mit fünf Rasterspuren versehen. Den Spuren sei die
Wertigkeit 20, 21, 22, 23, 24 zugeordnet. Innerhalb jeder Spur ist eine Schwarzweißteilung
angedeutet, die in beliebiger Weise durch einen Signalgeber abgetastet werden kann.
Vorzugsweise wird dies lichtelektrisch erfolgen. Dargestellt ist der natürliche
Binärcode. Die schwarzen Teilungen mögen dem Wert 0 und die weißen Teilungen dem
Wert L zugeordnet sein. Jeder Spur 21 bis 24 sind je zwei Abtaster 1 all b, 2
a/2 b, 3 a/3 b, 4 a/4 b zugeordnet, während die Spur 20 mit der
feinsten Teilung nur einen Abtaster 0' besitzt. Die schematisch dargestellten Abtaster
können beispielsweise lichtelektrische Elemente in Form von Photodioden od. dgl.
sein, die den in geeigneter Weise beleuchteten Maßstab im Durchlichtverfahren abtasten.
Die Anordnung der Abtaster wird mit Doppel- oder V-Abtastung bezeichnet. Mit B sei
eine Ableselinie bezeichnet. Diese Anordnung ist grundsätzlich bekannt und ist nicht
Gegenstand der Erfindung.
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Steuerschaltungen für die die Codespuren abtastenden Signalgeber sind
bekannt. Bei diesen Steuerschaltungen werden aus dem Signal des Abtasters der Spur
mit der feinsten Teilung und aus den Signalen der jeweils zwei Abtaster der weiteren
Spuren je zwei zueinander antivalente Schaltsignale für die Abtaster der jeweils
folgenden Spur abgeleitet. Die Steuerschaltung bewirkt also, daß ausgehend von der
Spur mit der feinsten Teilung in den höheren Spuren jeweils nur ein Abtaster abhängig
von der Ablesung in der vorhergehenden Spur angeschaltet ist. Bei einer bekannten
Schaltung, die mit mechanischer Abtastung (Bürsten) arbeitet, sind Transistorschaltungen
für die Steuereinrichtung vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuereinrichtung für
Code-Rasterspuren in Doppel-oder V-Ablesung berührungslos abtastende Signalgeber,
bei der aus dem Signal des Abtasters der Spur mit der feinsten Teilung und aus den
Signalen der jeweils zwei Abtaster der weiteren Spuren je zwei antivalente Schaltsignale
für die Abtaster der jeweils folgenden Spur abgeleitet sind, so auszubilden, daß
ein geringerer Aufwand notwendig ist. Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch,
daß dem Abtaster der Spur mit der feinsten Teilung eine bistabile Kippschaltung
nachgeschaltet ist, -daß jeder der beiden Abtaster der weiteren Spuren mit dem einen
Eingang je einer UND-Stufe verbunden ist und an die Ausgänge der beiden je einer
dieser, weiteren Spuren zugeordneten UND-Stufen galvanisch je eine ODER-NICHT-Stufe
angeschaltet ist und daß je einer der beiden Ausgänge der bistabilen Kippschaltung
und der ODER-NICHT-Stufen mit dem anderen Eingang der beiden UND-Stufen der folgenden
Spur galvanisch verbunden ist.
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Die Erfindung sowie die gegenüber dem Stand der Technik erzielten
Vorteile werden an Hand schematischer Ausführungsbeispiele nach. den F i g. 2 bis
4 näher erläutert. Der Codemaßstab mit der Anordnung der Abtaster ist hierbei aus
Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen. Die lichtelektrischen Elemente tragen
die gleiche Bezeichnung wie in der F i g. 1. Die Abtaster sind zweckmäßig Photodioden.
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Wie aus der F i g. 2 ersichtlich, ist dem Abtaster 0' der feinsten
Spur (20 in F i g. 1) ein Verstärker V, nachgeschaltet. Dieser Verstärker steuert
eine bistabile Kippschaltung FF mit zwei Ausgängen, an welchen zwei Signale unterschiedlicher
Wertigkeit (0 und L) auftreten. Diese sind mit Aa und Ä, bezeichnet. Die Abtaster
1 a, 1 b der folgenden Spur (21 in F i g. 1) sind gleichfalls ani
Verstärker V"" V1 b
geschaltet, deren Ausgang an je eine UND-Stufe &1",
&1 b angeschaltet ist. Diese UND=Stufen werden ferner durch die Ausgangssignale
der vorangehenden bistabilen Kippschaltung FF angesteuert. Der Ausgang der beiden
UND-Stufen ist an eine ODER-Stufe V1 geschaltet, der ein Schaltverstärker N1 nachgeschaltet
ist, der zwei Ausgänge A1, -il besitzt, an welchen Signale unterschiedlicher Wertigkeit
(0 und L) auftreten.
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Die nächsten Abtaster 2 a, 2 b (Spur 22 in F i g. 1) sind an Verstärker
V2", V2 b geführt, deren Ausgänge an zwei UND-Stufen &2 a, &2 b geführt
sind. Diese beiden UND-Stufen werden außerdem durch die Ausgangssignale A1, Ä1 des
vorangehenden Schaltverstärkers
Nl, der der Spur 21 zugeordnet
ist, angesteuert. Den beiden UND-Stufen ist eine ODER-Stufe V2 nachgeschaltet, deren
Ausgang auf einen Schaltverstärker N2 mit zwei Ausgängen A2154 unterschiedlicher
Wertigkeit geht. Die folgenden Abtaster 3 a; 3 b (Spur 23 in F i g. 1) sind über
Verstärker V"" V3 b an UND-Stufen &3 ", &3 b geführt. Diese UND-Stufen werden
auch durch die antivaienten Ausgangssignale A2, Ä2 des vorangehenden Schaltverstärkers
N2 (Spur 22) angesteuert. Den UND-Stufen ist eine ODER-Stufe V3 nachgeschaltet,
deren Ausgang auf einen Schaltverstärker N3 geschaltet ist, an dessen zwei Ausgängen
A3, Ä3 Signale unterschiedlicher Wertigkeit auftreten. Die darauffolgenden Abtaster
4 a, 4 b (Spur 24 in F i g. 1) sind über Verstärker V4", V4 b an zwei
UND-Stufen &4., &4b geschaltet. Diese UND-Stufen werden außerdem durch die
Ausgangssignale A , Ä3 des vorangehenden Schaltverstärkers N3 Spur 23) angesteuert.
Den beiden UND-Stufen ist eine ODER-Stufe V4 nachgeschaltet. An den Ausgang dieser
ODER-Stufe ist ein Schaltverstärker N4 angeschaltet, der wieder zwei Ausgänge A4,
Ä4 unterschiedlicher Wertigkeit besitzt: Die elektrische Schaltung gegebenenfalls
weiterer vorhandener Abtaster würde sich in der vorstehend beschriebenen Art fortsetzen.
Aus Gründen. der Übersichtlichkeit ist der Codemaßstab nach Fig,1 auf fünf Spuren
begrenzt gezeichnet und die.Schaltungsanordnung nach der F i g. 2 mit den Abtastern
4 a, 4 b und den zugehörigen UND- und ODEX-Stufen und dem Schaltverstärker
11T4 abgebrochen.
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Wie aus der F i g. 1 ersichtlich, besteht die Auf gabe der V-Ahtastung
darin, eine eindeutige Inför= mation zu erreichen. Befindet sich der Abtaster
0'
beispielsweise im Bereich der schwarzen Teilung (Ableselinie B,
Stellung 0 des Maßstabes), so soll auch eine Abtastung der folgenden Spuren 21,
22, 23, 24 durch die Abtaster 1 b, 2 b, 3 b, 4 b erfolgen. Kommt der Abtaster 0'
der feinsten Spur in einen durchsichtigen Bereich, so soll eine Abtastung der folgenden
Spuren 21; 22, 23, 24 durch die Abtaster la; 2a, 3a, 4a erfolgen. Die Steuerschaltung
nach der F i g. 2 braucht hierfür eine äußerst geringe Umschaltzeit. Die Umschaltung
der jeweiligen Abtastdr wird bei dieser Schaltung von den Abtastern der vorhergehenden
Spur bewirkt. An dem Ausgang A, tritt die Information der Spur 20 auf, Am Ausgang
31) tritt der negierte Wert dieser Information auf. Am Ausgang A1 tritt die Information
der Spur 21 auf; und am zugeordneten Ausgang ;T, tritt der negierte Wert dieser
Information auf. Gleiches gilt für .die weitere Ausgänge A2 bis A4, die den Spuren
22 bis 24 zugeordnet sind.
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Unter der Annahme, daß der Abtaster 0' -der F i g. 2 auf der geschwärzten
Teilung (Wert 0) der feinsten Spur (2o in F i g.1) steht, muß erreicht werden, daß
der Abtaster 1 b liest. Bei der Anordnung nach F i g. 2 ist in diesem Schaltzustand
der Ausgang Ao=0 und der Ausgang Äo=L. Das Signal L des Ausgangs ;I() gibt gleichzeitig
die UND-Stufe &1 i, frei. Da der Abtaster l.-b über einer schwarzen Tei= Jung
steht (Spur 21 -in F i g. 1), wird trotz des Ari stehens des Wertes L an der UND-Stuf
e&1b _der Ausgang 0 bleiben. Auch der Ausgang der UND-Stufe &1" ist =0,
da trotz des Ausgangswertes L des Abtasters la das Steuersignal A0 für die UND-Stufe
&1a=0 ist. Entsprechend tritt am Ausgang des Schaltverstärkers N1 der Wert 0
auf. Die Wertigkeit der Signale ist für den Fall der Stellung des Abtasters 0' auf
der schwarzen Teilung des Codemaßstabes in F i g. 2 an die Ausgänge links angeschrieben.
Wie ersichtlich, liegt an den Ausgängen A, bis A4 der Wert 0, wie dies auch wegen
der Stellung der Abtaster auf der schwarzen Teilung (Wert 0) des Codemaßstabes notwendig
ist.
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Kommt nach der F i g. 1 der Abtaster 0' an den Übergang der schwarzen
Teilung zur linken durchsichtigen Teilung (Ableselinie B), welcher der Wert L zugeordnet
ist, dann wird die bistabile Kippschaltung FF in F i g. 2 umgesteuert, und an deren
Ausgang A, tritt der Wert L auf. Entsprechend tritt am Ausgang ,i, der Wert 0 auf.
An der UND-Stufe &1" steht damit über der Ausgangsleitung A, der Wert L an.
Damit ist nunmehr der bisher gesperrte Abtaster 1 a (Spur 21 in F i g. 1) über diese
UND-Stufe freigegeben. Der der gleichen Spur zugeordnete Abtaster 1 b ist jetzt
auf jeden Fall über die UND-Stufe &1 b gesperrt, da diese über die Ausgangsleitung
J, durch den Wert 0 angesteuert ist. Selbst wenn also der Ab -taster 1 b
in der F i g. 1 über einer durchscheinenden Teilung stehen würde, was dem Wert L
entsprechen würde, könnte dieser Wert L die UND-Stufe &11, wegen der zusätzlichen
Ansteuerung durch den Wert 0 des Signals 30 nicht passieren. Der Abtaster
1 b ist also auf jeden Fall wirkungslos, Der Signalwert des Abtasters 1 a wird über
die freigebende UND-Stufe &1a auf die ODER-Stufe V1 gegeben. Da der Wert im
vorliegenden Fall L ist; tritt dieser auch am Ausgang A1 des Schaltverstärkers NI
auf.
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Die Abtaster 2 a, 2 b (Spur 22 in F i g. 1) werden im gleichen
Sinn über die zugeordneten UND-Stufen &2 ", &2 b, die von den Ausgangssignalen
A 1, 31 gesteuert werden, gesperrt bzw. freigegeben. Entsprechend tritt an den AusgängenA2,
Ä2 des Schaltverstärkers N2 die jeweilig abgetastete Information auf. Gleiches gilt
für die weiteren Abtaster 3 a, 3 b und 4a, 4b.
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In der F i g. 3 ist eine weitere Steuerschaltung dargestellt, die
wesentlich einfacher als die Schaltung nach der F i g. 2 ist. Die Schaltung nach
der F i g. 3 enthält zwei Transistoren 1, 2. An deren Basis ist je eine Photodiode
la bzw. 1 b angeschaltet. Die beiden Photodioden sind einer der Spuren 21 bis 24
in F i g.1 zugeordnet. Jeder Photodiode ist ein Widerstand 5 bzw. 6 zugeordnet.
Die Photodioden l a, 1 b werden über diese Widerstände von den Ausgangssignalen
der vorhergehenden Stufe (z. B. Signale A, und X0)' gesteuert. Wird eine der Photodioden
1a, 1b beleuchtet, so wird diese leitend, Die Basis des zugeordneten Transistors
wird dadurch positiv, und der Transistor wird gesperrt. Wird die Photodiode nicht
beleuchtet, so fließt lediglich ein Dunkelstrom, und die Basis des zugeordneten
Transistors wird über den Basiswiderstand negativ gesteuert. Der Transistor ist
dann leitend. Am Kollektor des Transistors tritt damit das Signal 0 oder L auf.
Durch die Steuerung der Photodioden 1. a, 1 b über die Wider= stände 5, 6 erübrigen
sich die UND-Stufen nach der Anordnung der F i g: 2. Die an den Kollektoren auftretenden
Signale der Anordnung nach der Fig.3-würden sinngemäß den an den UND-Stufen der
Anordnung nach F i g. 2 auftretenden Signalen entsprechen. Der Kollektorwiderstand
des Transistors 1 kann an sich entfallen. Ist dieser Transistor beispielsweise gesperrt;
so ist er hochohmig und hat auf die Schaltung keinen Einfluß. Da 'immer nur ein
-Transistor
gesperrt ist, können die Kollektoren der beiden Transistoren
1 und 2 verbunden werden und über einen gemeinsamen Kollektorwiderstand 7 an Minus
geschaltet sein. Ist beispielsweise der Transistor 1 gesperrt, so ist er hochohmig
und hat auf den Schaltzustand des Transistors 2 keinen Einfluß. Ist der Transistor
2 hochohmig, so hat er auf den gerade bestehenden Schaltzustand des dann leitenden
Transistors 1 keinen Einfluß. Es ist also immer jeweils ein Transistor in Betrieb,
während der andere außer Betrieb ist. Die ODER-$tufe der Anordnung nach der F i
g. 2 wird bei der Anordnung nach der F i g. 3 also dadurch realisiert, daß die beiden
Kollektoren der Transistoren 1, 2 zusammengefaßt sind und ein gemeinsamer Kollektorwiderstand
7 vorgesehen ist. In bezug auf die Anordnung nach der F i g. 2 ist das am Kollektorwiderstand
der Transistoren 1, 2 auftretende Signal identisch mit dem Signal A1 nach der F
i g. 2, wenn angenommen ist, daß an den Widerständen 5, 6 die Signale A0 und Ä0
wirken. An den Kollektorwiderstand 7 der Anordnung nach der F i g. 3 wird eine Umkehrstufe
U angeschaltet, um so auch das Signal Ä1 zu erhalten. Gegenüber der Anordnung nach
der F i g. 2 werden also die Elemente der UND- und ODER-Stufen eingespart. In der
Anordnung nach der F i g. 3 ist durch die beiden Transistorverstärker 1, 2 die UND-
und ODER-verknüpfung der Anordnung nach der F i g. 2 enthalten. Bei der Anordnung
nach der F i g. 3 werden die Photodioden durch die Signale der vorhergehenden Spur
gesteuert. Diese Signale stellen die Versorgungsspannungen der Photodioden dar.
Die Entscheidung, welche der beiden Photodioden 1 a, 1 b liest, ist abhängig von
den über die Widerstände 5, 6 angelegten Ausgangssignalen der vorhergehenden Spur.
Bei der Anordnung nach der F i g. 2 werden nicht die Photodioden gesteuert, sondern
die den Photodioden zugeordneten UND-Stufen. Bei der Anordnung nach der F i g. 3
hingegen werden direkt die Photodioden gesteuert. F i g. 4 zeigt eine Prinzipschaltung
unter Benutzung der Schaltung nach F i g. 3, die nach den obigen Ausführungen ohne
weiteres verständlich sein dürfte.
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Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt ist in dem geringen Aufwand
für die Steuerschaltung zu sehen. Bei dem Aufwandsvergleich ist zu berücksichtigen,
daß es sich bei der Erfindung um eine berührungslose Abtastung, und zwar in F i
g. 2 um eine photoelektrische Abtastung, bei der bekannten Schaltung dagegen um
eine direkte mechanische (Bürsten-) Abtastung handelt, bei der ein höheres elektrisches
Leistungsniveau ohnehin vorhanden ist. Bei dem Vergleich muß man daher gegen die
Bürstenabtaster die Photodioden mit Verstärker setzen. Bei der bekannten Schaltung
sind daher funktionell drei Transistoren notwendig, während bei der erfindungsgemäßen
Schaltung als UND-Glieder passive Glieder verwendet werden und lediglich im ODER-Glied
zwei Transistoren vorhanden sind, wobei nur ein Transistor, der die Negation (ODER-NICHT)
bewirkt, funktionell notwendig ist und der andere Transistor nur zur Anpassung des
valenten Ausganges an das Leistungsniveau des negierten Ausganges dient. Man spart
daher bei jedem Bit des Winkelkodierers mindestens einen Transistor ein, wobei zu
berücksichtigen ist, daß dieser Winkelkodierer eine große Zahl von Spuren aufweisen
kann. Dabei spielt neben dem Preis auch die Raumfrage eine Rolle, denn weniger Transistoren
bedeuten einen kleineren Raum für die Elektronik und damit eine gedrängtere Bauweise
des Winkelkodierers.
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Hinzu kommt der Vorteil, daß die Schaltung nach F i g. 2 noch erweiterungsfähig
im Sinne eines kleineren Aufwandes ist, wie in F i g. 3 und 4 dargestellt ist. Die
Transistoren 1, 2 sind die Verstärkertransistoren für die Photodioden
l a, 1 b, die bei der bekannten Schaltung ebenfalls notwendig wären,
wenn an Stelle der Schalter Photodioden vorgesehen würden. Gegenüber der bekannten
Schaltung ist daher bei der F i g. 3 funktionell an Stelle von drei Transistoren
nur noch ein Transistor notwendig.