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Abtastvorrichtung für ein Spurverfolgungsgerät Die Erfindung bezieht
sich auf eine Abtastvorrichtung für ein Spurverfolgungsgerät, bei dem ein Bild eines
Teiles der Spur mittels einer Lichtquelle auf die lichtempfindliche Fläche einer
lichtempfindlichen Einrichtung geworfen und eine Beschattungsfiäche periodisch in
den Strahlengang zwischen Lichtquelle und Fotozelle hineingeführt wird.
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Bei einem bekannten Spurverfolgungsgerät wird ebenfalls mit einer
Lichtquelle und einer Fotozelle als lichtempfindlicher Einrichtung ein elektrisches
Signal erzeugt, das wegen der periodischen Unterbrechung des Lichtstrahles zu einem
Wechselstrom umgeformt wird. Das elektrische Signal wird moduliert und betätigt
eine Schreibvorrichtung. Die periodische Unterbrechung des Lichtstrahles wirkt sich
in eine periodische Betätigung des Schreiborgans aus. Es kann daher auch statt einer
periodischen Unterbrechung des Lichtstrahles der elektrische Stromkreis periodisch
unterbrochen werden, so daß die gleiche Wirkung wie mit der Unterbrechung des Lichtstrahles
erzielt wird. Mit einer Frequenzänderung der Unterbrechung ändert sich auch die
Frequenz des Schreiborgans.
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Demgegenüber verwendet die vorliegende Erfindung eine Steuerung der
Lichtintensität, die abhängig ist von der relativen Stellung des Spurbildes und
des Beschattungsflächenbildes. Die der Fotozelle zu entnehmenden Spannungssignale
ändern sich, wenn sich die Größe der Abweichung des Abtastkopfes von der Spur ändert.
Bei einer bekannten Ausführungsform dieser Art wird- eine Blende verwendet. Diese
hat jedoch den Nachteil, daß nur ein kleiner Teil des verwendeten Lichtes auf die
Fotozelle geworfen wird. Gerade bei einer Intensitätssteuerung des Lichtes ist aber
die Gesamtmenge des zu steuernden Lichtes von ausschlaggebender Bedeutung.
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Die Erfindung verbessert gerade in diesem Punkt die Empfindlichkeit.
Sie besteht darin, daß die Breite des Beschattungsbildes vor der lichtempfindlichen
Einrichtung in derselben Größenordnung liegt wie diejenige des Spurbildes und die
entsprechende Breite der lichtempfindlichen Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung
das Mehrfache dieser Beschattungsfläche beträgt, so daß während aller Schwingungsstadien
der Beschattungsfläche Licht auf die lichtempfindliche Einrichtung fällt. Die Breite
des Beschattungsbildes bestimmt sich dabei aus der Breite eines lichtdurchlässigen
Schirmes eines Schwingarmes, der an seinem U-förmigen Teil mit Hilfe einer Feder
an einem U-förmigen Dauermagneten befestigt ist.
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Die den Schwingarm haltende flache Feder ist dabei in einem Schlitz
eines Adapters gelagert, der mittels eines Zahnrades mit einem Steuermotor verbunden
ist. Der Schwingarm schwingt mit seinem lichtundurchlässigen Arm um eine Achse,
die quer zum Bild der Spur und quer zur Längsrichtung der rechteckigen, lichtempfindlichen
Fläche des lichtempfindlichen Elementes liegt. Der Verstellmotor ist dabei mit senkrechter
Achse in einem lahmen derart gelagert, daß er die Abtastvorrichtung und Vorschubvorrichtung
verdrehen kann.
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Der U-förmige Dauermagnet bildet mit einem E-förmigen Elektromagneten
einen Schwingungserreger für den Schwingarm. Die Abdeckung der lichtempfindlichen
Fläche kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch mit einer hin- und hergehenden
Klappe erzielt werden.
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Das Abbildungssystem für die Abbildung der Spur auf das lichtempfindliche
Element ist dabei so eingestellt, daß sie einen Abschnitt der Linie oder Spur aufnimmt,
der eine kurze Strecke von der Drehachse des Abfühlkopfes entfernt ist. Mit anderen
Worten, die optische Achse des Abbildungssystems hat einen kleinen Abstand zur Drehachse
des Abtastkopfes. Die Linse des Abbildungssystems ist verstellbar, um eine radiale
Einstellung der Linse zur Längsachse des Abtastkopfes zu ermöglichen. Auch das lichtempfindliche
Element ist mit Hilfe großer Löcher auf einer Befestigungsleiste justierbar.
Der
Steuermotor dreht sich dabei je nach der Phasenverschiebung des aus dem lichtempfindlichen
Element erzeugten Stehsignals zu einem Grundsignal. Dabei siebt ein Saugfilter aus
dem Stellsignal die geradzahligen harmonischen Schwingungen aus, und das Restsignal
treibt den Steuermotor in die eine oder andere Richtung an. Die ungeradzahlige Komponente
besitzt die Eigenschaft, ihre Phase umzukehren, wenn sich die Linie oder Spur von
einer Seite der Ebene zur anderen bewegt. Der Motor ist dabei ein Zweiphasenmotor
vom Ferraristyp. Ein mit dem Steuermotor verbundener Tachogenerator liefert dabei
eine Regelspannung, die das Stehsignal des Steuermotors verkleinert.
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Weiter ist ein Schaltkreis für geradzahlige, harmonische Komponenten
der Schwingung vorgesehen, der beim Fehlen dieser geradzahligen Komponente die Antriebsvorrichtung
der Abtastvorrichtung abschaltet. Das Fehlen dieser Komponente zeigt nämlich an,
daß sich die Fotozelle nicht über der Spur befindet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
Es zeigt F i g. 1 einen Aufriß einer Führungsanlage gemäß der neuen Erfmdung, F
i g. 2 einen Vertikalschnitt eines Abfühlkopfes für die Führungsanlage nach F i
g. 1, F i g. 3 einen Grundriß der in F i g. 4 veranschaulichten Anordnung mit Fotozelle
und Vibrator, F i g. 4 einen Vertikalschnitt der Anordnung mit Fotozelle und Vibrator
gemäß der Linie 4-4 der Fig.3, F i g. 5 eine perspektivische vergrößerte Teilansicht
der Vibratoranordnung, F i g. 6 eine perspektivische vergrößerte Teilansicht des
Adapters der in F i g. 4 veranschaulichten Anordnung, F i g. 7 ein Schema des elektrischen
Kreises der Führungsanlage, F i g. 8 eine graphische Darstellung, die die Vibratorversetzung
und Spannungsausgänge der Fotozelle gegenüber der Zeit veranschaulicht, und zwar
für eine Ausführungsform der neuen Erfindung, F i g. 8 a eine schematische Zeichnung,
die die geometrischen Bedingungen erkennen läßt, die durch die Kurven nach der F
i g. 8 dargestellt werden, F i g. 9 eine graphische Darstellung, die die Vibratorversetzung
sowie den Spannungsausgang der Fotozelle gegenüber der Zeit erkennen läßt, und zwar
für eine weitere Ausführungsform der neuen Erfindung, F i g. 9 a eine schematische
Zeichnung, die, die geometrischen Bedingungen veranschaulicht, die durch die Kurven
nach der F i g. 9 dargestellt werden und F i g. 10 eine schematische Wiedergabe
der Schwingungen des undurchlässigen Schattens betreffend die Fotozelle, die wieder
eine andere Ausführungsform der neuen Erfindung darstellt.
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Für eine Schilderung einer Ausführungsform der neuen Erfindung sei
zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen. Sie zeigt eine Führungsanlage 20 mit einem
in einem Rahmen 24 drehbar gelagerten Abfühlkopf 22. Dieser Kopf wird mittels
eines Zweiphasenservosteuermotors 26 zur Drehung gebracht, der am Rahmen 24 fest
gelagert ist und ein Triebrad 28 besitzt, das in ein Triebrad 30 am Abfühlkopf 22
eingreift. Der Steuermotor wird durch ein elektrisches Signal in Tätigkeit gesetzt,
dessen elektrische Eigenschaften sich gemäß der Stellung des Abfühlkopfes über einer
Linie 31 ändern. Ein Tachometergenerator 33 ist mit dem Servosteuermotor unmittelbar
gekuppelt und dient einem weiter unten beschriebenen Zweck. Der Steuermotor 26 setzt
außerdem eine Antriebseinrichtung 32 in Drehung, die mit Hilfe eines Triebrades
34, das mit dem Triebrad 28 im Eingriff steht, auf dem Rahmen 24 drehbar gelagert
ist. Die Triebeinrichtung 32 besitzt ein Rad 36, das durch einen gesonderten, nicht
gezeigten Motor konstanter Drehzahl innerhalb der Antriebseinrichtung angetrieben
wird. Das Rad 36 steht mit der Oberfläche im Reibungseingriff, auf die die Linie
oder Spur 31 gezogen oder aufgezeichnet wird, und dient dazu, die ganze Anlage 20
gemäß den Signalen des Abfühlkopfes 22 zu bewegen. Die Führungsanlage 20 ist mit
einem Arbeitswerkzeug, z. B. einem Schneidbrenner 37, mit Hilfe eines Armes 38 fest
verbunden, der am Rahmen 24 angebracht ist. Der Brenner 37 wird daher veranlaßt,
dasselbe Muster oder denselben Verlauf zu verfolgen, dem die Führungsanlage folgt,
um die gewünscht gestaltete Linie im Werkstück 39 einzuschneiden.
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Der Abfühlkopf 22, der die Schwankungen des elektrischen Stromes erzeugt,
weist gemäß F i g. 2 ein röhrenförmiges Gehäuse 40 auf, das am Rahmen
24
angebracht ist, der eine Öffnung 42 besitzt, an die eine Schulter 44 am
Gehäuse anschlägt; die Schulter 44 ist am Gehäuse mit Hilfe von entsprechenden,
nicht gezeigten Schrauben befestigt. Ein Rohr 48 dreht sich innerhalb Kugellagern
50 im Innern des Gehäuses 40. Die Lager 50 sind mit Hilfe von Klammerringen 52 innerhalb
ringförmiger Nuten 54 in den Lagern nahe den Enden des Gehäuses 40 gesichert. Das
Triebrad 30, angetrieben durch das Triebrad 28, umfaßt das obere Ende des Rohres
48 und ist mit Hilfe zweckentsprechender Mittel, z. B. einer Stellschraube 58, sicher
mit dem Rohr verbunden.
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Am unteren Ende des Rohres 48 ist ein Linsensystem 60 angeordnet,
das eine Linse 62 aufweist, die innerhalb eines Linsenhalters 64 fest angebracht
ist. Das Linsensystem 60 ist an einem Flansch 66 am unteren Ende des Rohres 48 mit
Hilfe von Schrauben 68 angebracht, die durch längliche Öffnungen 70 im Linsenhalter
hindurchreichen und in den Flansch 66 eingeschraubt sind. Eine kleine Platte 72,
die an einem abgeflachten Teil 74 am Umfang des Flansches 66 befestigt ist, besitzt
eine Stellschraube 76, die sie durchgreift und in Innengewinde 78 im Linsenhalter
64 eingreift, um eine radiale Einstellung der Linse 62 zur Längsachse des Rohres
48 zu ermöglichen.
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Eine Lichtquelle 80 befindet sich am unteren Ende des Abfühlelementkopfes
22 und ist mittels einer Mehrzahl von Schrauben 84 an einem Kragen 82 befestigt.
Der Kragen 82 hat einen Flansch 86, der von den Bolzen 46 durchgriffen wird, die
ihn und die Lichtquelle am Bodenende des Gehäuses 40 festlegen. Die Lichtquelle
80 hat ein im wesentlichen konisch gespaltenes hohles Teil 88 mit einer Mehrzahl
von Bohrungen 90, die im Abstand zueinander über den Umfang des oberen Teiles 92
des konischen Teiles 88 angeordnet sind, in dem elektrische Lampen 94 angeordnet
sind. Eine gleiche Mehrzahl von Kanälen 96 geht vom unteren Ende des konischen Teiles
88 aus und ist zwischen den Lampen 94 und
einem Brennpunkt
an der Linie 31- ausgefluchtet, deren Spur verfolgt wird.
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Am oberen Ende des Abfühlkopfes befindet sich eine Anordnung 100,
die eine Fotozelle 102, eine Vibratoreinrichtung 104, einen Schleifring und ein
elektromagnetisches Bauteil 106 aufweist, die sämtlich von einem Adapter 108 gehalten
werden, der mit Hilfe von sich durch einen Flansch 112 am Adapter erstreckenden
Schrauben 110 an dem Triebrad 30 befestigt ist. Es sei bemerkt, daß die Einrichtung
100 vom übrigen Teil des Abfühlkopfes leicht entfernbar ist, so daß dieser für Wartungszwecke
bequem zugänglich ist.
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Die Schleifringeinrichtung 106 weist ein becherförmiges Teil 116 aus
Isolierstoff auf, an dem vier Schleifkontakte 118 angebracht sind. Die Schleifringeinrichtung
ist mittels Schrauben 122 oder anderen geeigneten Befestigungsmitteln an einem rohrförmigen
Teil 120 des Adapters 108 befestigt. Die Fotozelle 102 ist innerhalb einer öffnung
in einer Leiste 124 (F i g. 4) starr angeordnet, die innerhalb einer Nut 126 vorgesehen
ist, die sich diametral über den Boden des Adapters 108 erstreckt. Die Leiste 124
ist mit Hilfe von Schrauben 125, die die verbreiterten öffnungen 129 in der Leiste
durchgreifen und in den Adapter eingeschraubt sind, mit letzterem fest verbunden.
F i g. 3 zeigt, daß die Fotozelle 102 eine im wesentlichen rechtwinklige
Abfühlfläche 127 besitzt, die mit der Längsachse der Leiste 124 in Längsrichtung
fluchtet. Drähte 132 verbinden die Fotozelle mit Schleifringen 118 a und 118b, die
ihrerseits mit Hilfe von Bürsten an einen weiter unten beschriebenen Kreis angeschlossen
sind. Die Linse 62 nahe dem Bodenende des Abfühlkopfes 22 ist so eingerichtet, daß
sie ein Bild des Abtastfeldes 128 (F i g. 2), das die Linie oder Spur 31 enthält,
auf die lichtempfindliche Fläche 127 der Fotozelle 102 wirft. Die Linse ist so eingestellt,
daß sie einen Abschnitt der Linie oder Spur aufnimmt, die eine kurze Strecke von
der Drehachse des Abfühlkopfes entfernt angeordnet ist. Dies vermittelt der Vorrichtung
ihren Steuerungssinn, wodurch der Steuerungsmotor die Antriebseinrichtung und den
Abfühlkopf um ihre Achsen im Verfolg einer abgefühlten Querabweichung des Bildes
der Linie oder Spur von einer Bezugsstellung in Drehung versetzt. Es versteht sich,
daß eine Linse im Abfühlkopf nicht notwendig zu sein braucht, wenn die Fotozelle
genügend nahe der Linie an der Werkstückoberfläche angeordnet ist. In diesem Fall
würde die Fotozelle von der Drehachse entfernt angeordnet sein, um der Vorrichtung
ihren Steuerungssinn zu vermitteln. Eine ringförmige Lichtsperrwand 130 befindet
sich innerhalb des Rohres 48, um unerwünschte Lichtreflektionen daran zu hindern,
die Fotozelle zu erreichen.
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Der Vibrator 104 weist einen Arm 134 mit einem rechtwinkligen Vorsprung
136 (F i g. 2) auf, der einen lichtundurchlässigen Schatten an der lichtempfindlichen
Fläche 127 auf der Fotozelle 102 zwischen dieser und der Linse 62 bildet. Der lichtundurchlässige
Schatten erstreckt sich in einer Richtung quer zur kurzen Dimension der rechtwinkligen
lichtempfindlichen Fläche 127 (F i g. 3). Der Arm 134 besitzt eine U-förmige Faltung
140 (F i g. 5) an seinem anderen Ende in derselben Ebene wie der lichtundurchlässige
Schirm 136. Ein Schlitz 142 (F i g. 5) im gefalteten Ende des Armes reicht vorn
Sockel 144 durch einen Teil jedes Schenkels 146 der U-förmigen Faltung hindurch.
Eine Flachfeder 148 ist in den Schlitz 142 eingesetzt, die mit dem Sockel und zwei
Schenkeln der U-förmigen Faltung eine öffnung 150 bildet. Der Steg 154 eines U-förmigen
Dauermagneten 152 ist in der Öffnung 150 angeordnet, und seine Schenkel 155 erstrecken
sich in eine Richtung entgegengesetzt zum Ende des lichtundurchlässigen Schirmes
des Armes 134. Dieser Arm, die Flachfeder 148 sowie der Magnet 152 sind in zweckentsprechender
Weise miteinander fest verbunden und bilden mit Hilfe eines Epoxydharzes oder anderer
zweckentsprechender Befestigungsmittel eine starre Anordnung.
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Die Enden 156 der Flachfeder 148 sind in diametral entgegengesetzt
liegende Schlitze 158 (F i g. 6) am oberen Ende des rohrförmigen Teiles 120 des
Adapters 108 aufgenommen. Ein zweites Paar Schlitze 160 befindet sich unmittelbar
an der Feder, die Schlitze 158 enthält, die eine Zunge 162 dazwischen bilden. Ein
nicht gezeigter Keil wird in jeden der Schlitze 160 eingetrieben und drückt
die Zungen 162 gegen die Federenden 156, um diese innerhalb der Schlitze 158 starr
zu sichern. Auf diese Weise kann der Arm 134 dazu veranlaßt werden, um eine Achse
winkelförmig zu schwingen, die durch die Mitte der Flachfeder 148 verläuft, um den
lichtundurchlässigen Schirm 136 dazu zu bringen, das Bild des auf die lichtempfindliche
Fläche 127 der Fotozelle 102 projizierten Abtastfeldes periodisch zu überqueren.
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Um den Arm 134 in Schwingung zu versetzen, wird der Dauermagnet 152
einem magnetischen Wechselfeld unterworfen, das durch einen Elektromagneten 164
(F i g. 2 und 4) erzeugt wird, der über Drähte 156 sowie Schleifringe 118 c und
118 d an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Der Elektromagnet
164 besitzt einen E-förmigen Kern 166 mit Schenkeln 167a und 167b,
die sich zu den Schenkeln 155 des U-förmigen Dauermagneten 152 erstrecken. Eine
Wicklung 168 ist um den Mittelschenkel 167a des Kernes 166 herumgewunden und ruft
ein magnetisches Wechselfeld über die äußeren Schenkel 167b hervor, was den Dauermagneten
152 und sonach den Arm 134 zum Schwingen gemäß den Schwingungen des Erregerstromes
veranlaßt. Der Elektromagnet ist in ein Epoxyharz 169 od. dgl. innerhalb des becherförmigen
Teiles 116 eingebettet, um ihn fest darin zu halten.
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Die Schwingungseinrichtung wird so eingestellt, daß der Schirm 136
am Arm 134 mit einer gleichen Amplitude auf jeder Seite einer Ebene schwingt, die
rechtwinklig zur Abfühlfläche liegt und die Mitte des Abtastfeldes 128 einschließt.
Der Arm schwingt im wesentlichen innerhalb einer Ebene, die parallel zur längeren
Dimension der Abfühlfläche liegt. Für diese besondere Ausführungsform sei weiter
bemerkt, daß die Drehachse des undurchlässigen Schirmes parallel zur Ebene der Abfühlfiäche
liegt. Indessen sind auch andere räumliche Formen möglich, wie später geschildert
werden wird.
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Der lichtundurchlässige Schirm richtet sich selbst im allgemeinen
mit dem Bild der verfolgten Linien 31 aus. Die Änderungen der Stellung der Linie
zur Mitte der Schwingung rufen Änderungen des elektrischen Signalausgangs der Fotozelle
hervor, was den Steuermotor veranlaßt, den Abfühlkopf zur Linie hin zu drehen, wie
weiter unten beschrieben werden wird. Die vergrößerten Löcher 129 in der Leiste
124 gestatten
eine Einstellung der Stellung der Fotozelle zum schwingenden
Arm, um irgendwelche Unregelmäßigkeiten der Fotozelle auszugleichen, damit ein richtig
abgeglichenes Signal erzielt wird.
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Die Fotozelle 102 kann eine bekannte Ausführung mit zugehörigem Schaltkreis
sein. F i g. 7 zeigt einen Kreis, der für eine sogenannte Fotowiderstandszelle benutzt
werden kann, deren Widerstand umgekehrt zur Lichtintensität an ihrer lichtempfindlichen
Fläche schwankt. Die Fotozelle 102 liegt in Reihe zu einem Widerstand 170
an einer negativen Gleichspannung. Der nur angedeutete Widerstand 172 ist in den
Kreis nicht tatsächlich eingeschleift, sondern zu dem Zweck veranschaulicht, einen
bestimmten, näher geschilderten Effekt erläutern zu helfen. Die Vibratorgruppe 104
ist schematisch dargestellt, sie hat eine Blende 136, die über die lichtempfindliche
Fläche 127 der Fotozelle 102 entsprechend einem über den Transformator
174 angelegten Wechselstromsignal schwingen kann. Ein Phaseneinstellkreis
175 ist in den Kreis eingeschleift und erregt die Vibratorgruppe, um Phasenverschiebungen
in verschiedenen Teilen des elektrischen Kreises auszugleichen. Der Phaseneinstellkreis
ist im einzelnen nicht veranschaulicht, da er in üblicher Weise ausgeführt sein
kann und an sich nicht zur vorliegenden Erfindung gehört.
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F i g. 8 zeigt ein Beispiel der Art der Signale, die vom Ausgang der
Fotozelle abgeleitet werden können, die in einen Kreis nach F i g. 7 eingeschaltet
ist. Die Kurven geben Spannungssignale an der Stelle 178 am Ausgang der Fotozelle
wieder. In diesem Fall sei angenommen, daß die Breite der projizierten Linie oder
Spur 31 annähernd gleich der Breite des Schirmes 136 ist und daß die Breite der
lichtempfindlichen Fläche 127 der Fotozelle 102 über dreimal so groß
wie die Breite des Schirmes 136 gemäß F i g. 8 a ist. Die Breite der Schwingung
ist etwas, aber nicht viel kleiner als die Längsdimension der lichtempfindlichen
Fläche 127. Die obere Kurve a der F i g. 8 zeigt die Blendenamplitude gegenüber
der Zeit; die Beziehung ist sinusförmig. Die Kurven b, c, d und e stellen
die Spannung gegenüber `der Zeit dar. Die Kurve b zeigt das Signal an der Zelle
102, wenn die Projektion der Linie oder Spur 31 zentral liegt, also mit dem Schirm
136 zusammenfällt, der Vibrator somit nicht wirksam ist. Die Kurven c, d und e zeigen
die Signale, wenn die Linienprojektion 31 viertel, halb oder genauso breit wie der
Schirm 136 (vgl. F i g. 8a) ist.
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Die graphischen Darstellungen lassen sich ohne weiteres durch Prüfung
der Geometrie dieses Beispiels ableiten. Beispielsweise ist in Kurve b von Fi g.
8, die den Fall veranschaulicht, bei dem die Linie 31 zentral unterhalb der lichtempfindlichen
Fläche 127 angeordnet ist, die auf diese Fläche 127 auftreffende Lichtintensität
am größten, wenn sich auch der Schirm 136 zentral unterhalb der Fläche 127 befindet.
Der Widerstand der Fotozelle 102 hat seinen kleinsten Wert, und die Spannung an
dem Punkt 178 schwingt zum Erdpotential. Wenn sich der Schirm 136 aus der genauen
Mittelstellung weg bewegt, sperrt er einen größeren Teil des auf die Fläche 127
auftreffenden Lichts ab, was den Widerstand der Fotozelle 102 zum Steigen
und demgemäß die Spannung an der Stelle 178 zur Schwingung zum Negativen hin bringt.
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Ist die Schwingungsfrequenz f, sieht man, daß die Grundkomponente
des Signals b gleich 2 f ist. Die Kurven c, d und e weisen jedoch
einen zunehmenden Anteil der Ursprungsfrequenz f auf. Diese Komponente liegt mit
der Schwingungsfrequenz in Phase, wenn die Abweichung der Projektion von der Mitte
in der in F i g. 8 a veranschaulichten Richtung sowie in Gegenphase liegt, wenn
sich die Abweichung auf der entgegengesetzten Seite der Mitte befindet. Fehlt die
Linie oder Spur, tritt kein Signal am Ausgang der Fotozelle auf, weil die an der
lichtempfindlichen Fläche erscheinende Lichtintensität konstant ist.
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Sonach lassen sich aus den Fotozellsignalen Informationen ableiten,
an welcher Seite und wieviel aus der Mitte heraus die Abweichung ist, indem die
Phase und Größe des Frequenz-f-Signals beobachtet wird. Außerdem zeigt die Gegenwart
oder das Fehlen eines Signals an, ob sich die Fotozelle oberhalb einer Linie oder
Spur befindet oder nicht.
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F i g. 9 veranschaulicht ein Beispiel einer abweichenden Ausführungsform,
bei der die Breite der lichtempfindlichen Fläche 127 der Fotozelle
102 annähernd gleich der Breite der projizierten Linie 31 und des Schirmes
136 gemäß F i g. 9 a ist. Die Kurve a in F i g. 9 stellt wieder die Blendenamplitude
gegenüber der Zeit dar, während die Kurven b, c und d dieselben entsprechenden
Abweichungen wie die in gleicher Weise eingezeichneten Kurven in F i g. 8 wiedergeben.
Es sei bemerkt, daß die Angaben des obigen Beispiels in diesem Fall eine andere
Bedeutung haben. Fehlen irgendeines Signals bedeutet hier nämlich, daß sich das
System auf der Linie oder Spur befindet. Die Gegenwart der 2f-Komponente zeigt bei
ihrer vollen Größe an, daß sich im Abtastfeld keine Linie oder Spur befindet.
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Die Schwankungen des Ausgangs der Fotozelle können durch einen elektrischen
Kreis geleitet und die Informationen aus diesem abgenommen werden, um den Steuermotor
so zu regeln, daß die Fotozelle der Linie oder der Spur folgt.
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Wie sich aus F i g. 7 weiter ergibt, wird der Ausgang der Fotozelle
102 durch zwei reihengeschaltete Wechselstromverstärker 180 bzw. 182 einem zweiten
Oberwellensperrkreis 184 zugeführt, der ein Reihenresonanzkreis sein kann, um die
zweite Harmonische des Signals auf Erdpotential kurzzuschließen. Der Rest des Signals
wird durch einen Verstärker 186 verstärkt und einer Wicklung 188 des Zweiphasen-Steuermotors
26 zugeführt. Die andere Wicklung 190 des Motors 26 liegt über einen Kondensator
192 an derselben Wechselstromquelle, die den Vibrator 104 erregt. Der Kondensator
bewirkt eine 90°-Phasenverschiebung, die erforderlich ist, um die Signale in den
Wicklungen des Zweiphasenmotors in richtige Phase zu bringen. Das Anlegen eines
der in F i g. 8 veranschaulichten Phase entsprechenden Signals veranlaßt den Motor
26, sich in einer Richtung zu drehen, während ein Signal der entgegengesetzten Phase
den Motor zur Rotation in entgegengesetzter Richtung bringt. Befindet sich die Fotozelle
unmittelbar über der Linie oder Spur, besteht im wesentlichen keine Phasenverschiebung,
da der Ausgang aus ihr praktisch aus geradzahligen Harmonischen der Schwingungsfrequenz
aufgebaut ist und mithin keine Drehung des Motors hervorruft.
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Der Tachometer, oder Drehzahlgebergenerator 33 ist unmittelbar mit
der Welle des Motors 26 verbunden und besitzt eine Wicklung 200, die an der Wechselstromquelle
liegt. Die andere Wicklung 202 ist an den Eingang des Verstärkers 186 angeschlossen
und
liefert ein Signal dorthin, das der Rotationsgeschwindigkeit des Motors 26 entspricht.
Dieses Signal steht in Opposition zum Eingang aus dem vorangehenden Kreis, der von
der Fotozelle 1ƒ2 wegführt. Besteht eine große Abweichung der Linie oder
Spur 31 von der Mitte der lichtempfindlichen Fläche 127, ergibt sich ein großer
Ausgang aus der Fotozelle, und die Verstärker suchen einen großen Ausgang zu erzeugen,
um den Steuermotor mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben. Wenn indessen die Geschwindigkeit
des Motors 26 steigt, steigt auch der Ausgang aus dem Tachometergenerator 33 und
stellt sich dem Signal aus der Fotozelle entgegen, wodurch der Ausgang aus dem Verstärker
186 vermindert wird. Dieser Effekt gestattet die Ausnutzung einer großen Verstärkung
im Servokreis und vermindert zugleich ein überschießen, da die größte Verstärkung
des Kreises nur wirksam wird, wenn die Geschwindigkeit des Steuermotors nahe Null
ist.
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Ein Alarmkreis 204 liegt am Ausgang des Verstärkers 180 und liefert
eine Warnung, wenn sich keine Linie oder Spur im Abtastfeldbild befindet, das auf
die Fotozelle projiziert wird. Außerdem schaltet er die Wechselstromleistung zum
Fördermotor 205
ab, der das Rad 36 in der Antriebseinrichtung 32 antreibt.
Das Wechselstromsignal vom Verstärker 180 wird mittels eines üblichen Gleichrichters
206, dessen Ausgang über den Verstärker 208 an der Erregerwicklung 210 des Relais
212 liegt, in Gleichstrom umgewandelt. Die Spule 210 betätigt, wenn sie erregt ist,
die Kontakte 194 und 196. Die in Reihe mit dem Fördermotor liegenden Kontakte 184
sind für gewöhnlich offen. Die Kontakte 196, die in Reihe mit der Lampe 198 an der
Wechselstromquelle liegen, sind für gewöhnlch geschlossen. Sonach erscheint, wenn
sich die Fotozelle über einer Linie oder Spur befindet, ein Signal am Ausgang des
Verstärkers 180, das gleichgerichtet und verstärkt wird, um die Wicklung 210 des
Relais 212 zu erregen, wodurch die für gewöhnlich offenen Kontakte 194 geschlossen
und die für gewöhnlich geschlossenen Kontakte 196 geöffnet werden. Der Fördermotor
wird sonach unmittelbar an die Wechselstromquelle angeschlossen und der Kreis zur
Lampe 198 geöffnet. Wenn jedoch die Einrichtung eine Unstetigkeit der Linie oder
Spur antrifft, besteht kein Signal am Ausgang des Verstärkers 180, und das Relais
29.2 wird entregt. Die Kontakte 194 öffnen sich daher, um den Fördermotor von der
Wechselstromquelle abzuschalten, und die Kontakte 196 schließen sich, um die Lampe
198 an die Wechselstromquelle zu legen, um die Bedienungsperson zu warnen, daß die
Fotozelle nicht länger ein Bild einer Spur aufnimmt.
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Der spezielle Warnkreis 204 gemäß F i g. 7 setzt natürlich eine Übereinstimmung
der Fotozelle und des Vibrators voraus, wie es F i g. 8 und 8 a beschreiben. Wird
die Form gemäß F i g. 9 und 9 a verwendet, muß der Alarmkreis abgewandelt werden,
damit die dem Motor zugeführte Leistung abgeschaltet und das Warnlicht erregt wird,
wenn das Signal eine größte 2f-Komponente aufweist. Befindet sich keine zweite Oberwellenkomponente
am Ausgang des Verstärkers 180, zeigt dies, daß sich die Fotozelle über einer Spur
befindet; die Leistung ist zugeschaltet, das Warnlicht abgeschaltet.
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Es versteht sich, daß weitere Abwandlungen der veranschaulichten und
beschriebenen besonderen Ausführungsformen möglich sind. Beispielsweise kann die
Vibratoreinrichtung gemäß der F i g. 10
ausgebildet sein, bei der der lichtundurchlässige
Schirm 136 winkelartig um eine Achse 220 schwingt, die rechtwinklig zur Ebene der
lichtempfindlichen Fläche 127 der Fotozelle liegt, und mit gleicher Amplitude an
jeder Seite einer Ebene rechtwinklig zur Ebene der lichtempfindlichen Fläche sowie
im Schnitt mit der Mitte des abgetasteten Feldes. Solange die Schwingungen an jeder
Seite der Mittelebene gleiche Amplitude haben, hat die Winkelschwingung keinen Gegeneffekt
auf das durch die Fotozelle erzeugte Signal, wenn diese die Spur trifft.
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Ferner wurde gefunden, daß der Betrieb der neuen Vorrichtung noch
dadurch verbessert werden kann, daß der Abtastkopf mit einer Fotozelle versehen
wird, die eine verhältnismäßig lange fotoempfindliche Lichtfläche verglichen zur
Spitze-zu-Spitze-Amplitude der Schwingungen des lichtundurchlässigen Schirmes hat.
Eine verhältnismäßig große Fläche der Fotozelle wird dann ohne Unterbrechung ausgeleuchtet.
Diese Fläche der Fotozelle trägt zwar nichts zum Signal bei, bildet aber eine Widerstandsbelastung
am Kreis, die sich als änderbarer Widerstand parallel zur Fotozelle 102 vorstellen
läßt. Der Widerstand 172, in F i g. 7 angedeutet, stellt diese Widerstandsbelastung
dar. Wird der Lichtpegel des Bildes heruntergesetzt, fällt die Empfindlichkeit der
Fotozelle natürlich ab. Der wirksame Nebenschlußwiderstand, als Widerstand 172 dargestellt,
der den Kreis belastet, wird jedoch erhöht, so daß er der Herabsetzung der Empfindlichkeit
entgegenwirkt. Es wurde gefunden, daß die Empfindlichkeit eines Fotoelements mit
einer verhältnismäßig breiten lichtempfindlichen Fläche nahezu unabhängig von einer
kleinen Änderung der Spannung der Lichtquelle ist.
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Der veranschaulichte und beschriebene Abfühlkopf läßt sich auch bei
anderen Anwendungszwecken gut verwenden, bei denen die Stellung einer Linie oder
Spur zu bestimmen ist. Beispielsweise läßt sich der Kopf als Stellungsbestimmungselement
bei Präzisionslehren, z. B. Normalkomparatoren, verwenden. Außerdem könnte er auch
als Abfühlelement bei Drahtmeßgeräten oder für Fernbeobachtung der relativen Stellung
oder Lage von Werkzeugmaschinenteilen mit Bezug auf eine Meßskala benutzt werden.