DE1448881B2

DE1448881B2 -

Info

Publication number: DE1448881B2
Application number: DE19631448881
Authority: DE
Priority date: 1962-02-15
Filing date: 1963-02-15
Publication date: 1970-09-17
Also published as: GB1028365A; DE1448881A1; US3182305A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Noniusprinzip arbeitenden digitalen Verschlüßler mit wenigstens einer Verschlüsselungsspur, die aus in gleichmäßiger Teilung angeordneten Flächenabschnitten mit abwechselnd unterschiedlichem magnetischem Widerstand besteht, und mit wenigstens einem relativ zu der Verschlüsselungsspur verstellbaren Abtastorgan in Form eines mit der Verschlüsselungsspur zusammenwirkenden Magnetkreises einer an einer Wechselspannung liegenden Erregungswicklung und einer Entnahmewicklung.

Bei einem bekannten digitalen Verschlüßler dieser Art'werden zur Erzielung des Noniusprinzips zwei Verschlüsselungsspuren vorgesehen, die" nach Art eines Nonius aufgeteilt sind, und von denen jede mit einem eigenen Abtastorgan zusammenwirkt. Da sich bei den bekannten digitalen Verschlüßlern aber die Signale in den Abtastwicklungen bei einer relativen Verschiebung zwischen Verschlüsselungsspur und Abtastorgan stetig ändern, müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um Zwischenstellungen erkennen zu können. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß sich die Intensität der einzelnen Flächenabschnitte innerhalb jeder Dekade in jeder Verschlüsselungsspur stufenförmig ändert, und zwar in der einen Verschlüsselungsspur entgegengesetzt zur anderen Verschlüsselungsspur. Dies ergibt einen sehr komplizierten Aufbau der Verschlüsselungsspuren.

Bei optischen Abtastverfahren ist es auch bereits bekannt, an der gleichen Teilung mehrere Abtastorgane phasenverschoben anzusetzen. Diese Maßnahme läßt sich aber nicht ohne weiteres auf digitale Verschlüßler übertragen, bei denen die Verschlüsselungsspur aus Flächenabschnitten mit abwechselnd unterschiedlichem magnetischem Widerstand besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Verschlüßler mit einer magnetischen Verschlüsselungsspur der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der bei gleichbleibend einfachem Aufbau der Verschlüsselungsspur eine Feinabtastung nach dem Noniusprinzip ermöglicht.

Nach der Erfindung wird dies durch die Kombination folgender Merkmale erreicht:

a) Mehrere Abtastorgane sind in an sich bekannter Weise in einer parallel zur Verschlüsselungsspur verlaufenden Reihe nebeneinander angeordnet;

b) die Abstände der Mitten der Abtastorgane sind um einen Bruchteil größer als der Teilungsschritt der Verschlüsselungsspur;

c) jedes Abtastorgan ist in an sich bekannter Weise so ausgeführt, daß seine Entnahmewicklung dann und nur dann-ein kennzeichnendes Ausgangssignal abgibt, wenn das Abtastorgan eine bestimmte Stellung relativ zu einem Flächenelement mit bestimmtem magnetischem Widerstand einnimmt.

Die Wirkung des Erfindungsgegenstandes beruht auf dem Zusammenwirken der Verschlüsselungsspur mit mehreren in bestimmter Weise angeordneten und in bestimmter Weise ausgeführten Abtastorganen. Jedes Abtastorgan ist so ausgeführt, daß es nur in einer ganz bestimmten Stellung relativ zu den Flächenabschnitten der Verschlüsselungsspur ein Ausgangssignal abgibt. Bei einer Verschiebung aller Abtastorgane relativ zur Verschlüsselungsspur um einen Teilungsschritt geben daher die einzelnen Abtastorgane der Reihe nach je ein Ausgangssignal ab. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgangssignalen kennzeichnet daher eine Verschiebung um einen definierten Bruchteil des Teilungsschritts.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß jedes Abtastorgan zwei Polteile aufweist, die mit getrennten Erregungswicklungen gekoppelt sind, daß die Entnahmewicklung mit den beiden Polteilen so gekoppelt ist, daß sie von den von den beiden Erregungswicklungen stammenden Magnetflüssen gegensinnig durchsetzt

ίο wird, und daß die beiden Polteile in bezug auf die Flächenabschnitte der Verschlüsselungsspur gegeneinander versetzt sind.

Diese Ausbildung >ergibt die Wirkung, daß in der Entnahmewicklung ständig eine ,Wechselspannung induziert wird, welche bei einer Verschiebung etwa konstant bleibt und nur bei einer bestimmten Stellung des Abtastorgans relativ zu der Teilung der Verschlüsselungsspur schlagartig verschwindet, nämlich dann, wenn die von den beiden Erregungswicklungen stammenden Magnetflüsse gleich groß sind.

Das Verschwinden der Wechselspannung kann als

Ausgangssignal verwendet werden. ί

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei- *

spielshalber erläutert. Es zeigt j

F i g. 1 eine Schnittansicht eines digitalen Ver- I schlüßlers mit Nonius gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Unteransicht des Abtastkopfes des Verschlüßlers nach F i g. 1 entsprechend der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 ein Abtastorgan des Verschlüßlers im Schnitt entsprechend der Linie 3-3 von Fig. 1,

F i g. 4 eine Oberansicht der Verschlüsselungsspur im wesentlichen entsprechend der Linie 4-4 von F i g. 3 und

F i g. 5 eine Schaltung, die für den Verschlüßler nach F i g. 1 bis 4 zur logischen Zusammenfassung der vom Abtastkopf gelieferten Signale benutzt werden kann.
In F i g. 1 sind die Verschlüsselungsspur 10 und der gesamte Abtastkopf 11 zu sehen. Bei dem dargestellten Beispiel bilden die Verschlüsselungsspur und der Abtastkopf zusammen eine lineare Einrichtung, die zum digitalen Verschlüsseln einer gegenseitigen linearen Verschiebung von zwei Teilen geeignet ist, von denen das eine Teil die Verschlüsselungsspur 10 und das andere Teil den Abtastkopf 11 trägt. Für das Verschlüsseln einer Drehbewegung können die Teile folgerichtig abgewandelt werden.

Der Abtastkopf 11 besteht aus mehreren Abtast-Organen, die im vorliegenden Fall auf Differenzflüsse ansprechende Wandler mit veränderlichem magnetischem Widerstand sind, welche Entnahmewicklungen 12 bis 27 tragen. F i g. 3 zeigt die Ausbildung eines dieser Abtastorgane. Die Entnahmewicklung 24 umschließt zwei magnetische Polteile 29 und 30. Wenn in diesen Polteilen ein magnetischer Wechselfluß fließt, wird eine der Zahl der Flußlinien proportionale Spannung in der Entnahmewicklung induziert. Für jedes Polteil ist eine gesonderte magnetomotorische Kraftquelle in Form einer Erregungswicklung 31 bzw. 32 vorgesehen. Diese Erregungswicklungen können bei dem dargestellten Beispiel den sechzehn Abtastorganen des Abtastkopfes gemeinsam sein. Diese magnetomotorischen Kräfte sind immer so gekoppelt, daß die entsprechenden magnetischen Flüsse in den Polteilen 29 und 30 entgegengesetzte Richtungen haben. Folglich ist die Ausgangsspannung der Entnahmewicklung 24 proportional der Differenz der

Flüsse in den Polteilen 29 und 30. Der Fluß in diesen Polteilen ist sehr gering, es sei denn, der Magnetkreis der Erregerwicklung wird durch magnetische Joche 33 aus Weicheisen auf der Verschlüsselungsspur 10 vervollständigt. Die Abstände einerseits zwischen den Jochen 33 (s. F i g. 4) und andererseits zwischen den magnetischen Polteilen 29 und 30 (s. F i g. 2) sind so bemessen, daß der magnetische Fluß für einen halben Schritt der Verschlüsselungsspur in dem einen Polteil und für den nächsten halben Schritt im anderen Polteil den größtmöglichen Wert hat, während er gleichzeitig jeweils im anderen Polteil sehr klein ist. Bei der Verschiebung der Spur gegenüber dem Lesekopf⁵ ist der mit der Wicklung 24 gekoppelte resultierende Fluß konstant und von gleichbleibender Polarität, bis er schlagartig in die andere Polarität wechselt und bei diesem Übergang durch Null geht. Der resultierende Fluß bleibt nun annähernd während des nächsten Halbschrittes konstant und kehrt dann plötzlich zu seiner ersten Polarität und zu seinem ersten Wert zurück. Dieser Vorgang wiederholt sich bei der weiteren Verschiebung der Spur. In der Entnahmewicklung wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Wert bis auf plötzliche V-förmige Einschnitte, die in jedem Teilungsschritt der Verschlüsselungsspur zweimal auftreten, konstant ist.

Jedes einzelne Abtastorgan erzeugt bei einer relativen Verschiebung elektrische Ausgangsimpulse, die sich in regelmäßigen Abständen wiederholen, die jeweils einem halben Teilungsschritt entsprechen.

Wie aus F i g. 1 erkennbar ist, sind mehrere Abtastorgane in Schrittabständen angeordnet, die dem Teilungsschritt der Verschlüsselungsspur plus einem Bruchteil dieses Teilungsschrittes entsprechen. Bei einer Verschiebung des Abtastkopfes 11 relativ zu der Verschlüsselungsspur 10 treten daher die Ausgangsimpulse der Abtastorgane nicht gleichzeitig, sondern zeitlich gestaffelt auf. Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen entspricht dabei einem Bruchteil des Teilungsschritts der Verschlüsselungsspur.

Die Erregerwicklungen 31 und 32 sind, wie gesagt, allen Entnahmewicklungen gemeinsam. Diese Ausführung vereinfacht den mechanischen Aufbau und ergibt außerdem eine konstante und von der Verschiebung der Verschlüsselungsspur gegenüber dem Abtastkopf unabhängige Eingangsimpedanz, weil der resultierende magnetische Widerstand für die primäre magnetomotorische Kraft beinahe konstant bleibt.

Ein Hauptproblem aller Einrichtungen mit veränderlichem magnetischem Widerstand ist das Problem der Streuflüsse. Der Streufluß beeinflußt die Entnahmewicklung selbst dann, wenn der magnetische Streukreis geöffnet worden ist. Bei der dargestellten Anordnung fließt der Streufluß von den Seiten der Polteile 29 und 30 entweder zur Verschlüsselungsspur 10 oder zu dem die Erregungswicklungen 31 und 32 umschließenden Eisenteil 34. Zur Verringerung dieser Streuflüsse durch die Wirkung der Wirbelströme sind leitende Platten 35 und eine leitende Platte 36 vorgesehen. Die Platte 36 dient außerdem dazu, die Enden der Polteile 29 und 30 genau in Stellung zu halten.

Die Folge der elektrischen Ausgangsimpulse, die bei der Verschiebung der Verschlüsselungsspur gegenüber dem Abtastkopf erzeugt wird, kann in eine binär verschlüsselte Impulsfolge für eine Schrittverschlüsselung oder, bei Benutzung von verschiedenen Leseköpfen mit unterschiedlichen Impulsabständen, in einen Code für eine absolute Verschlüsselung umgewandelt werden.

F i g. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung dar, die zum Zusammenfassen der Ausgangssignale der sechzehn Entnahmewicklungen 12 bis 27 bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 bis 4 verwendet werden kann. Damit wird ein Ausgangssignal erhalten, in welchem die binären Ziffern 1 und 0 mit

ίο einer Periode, die dem halben Abstand der Impulserzeugung entspricht, abwechseln. In dieser Schaltung werden zunächst die Ausgangssignale von je vier Wicklungen zusammengefaßt, und zwar jeweils jeder vierten Wicklung. Dann werden die aus diesen vier Vierergruppen erhaltenen Signale verstärkt und die vier verstärkten Signale wiederum zusammengefaßt. Die Ausgangssignale der einzelnen Wicklungen können gemäß einer anderen Ausführungsform auch direkt vor der Verstärkung in gleicher Weise wie die Ausgangssignale der Gruppen 12-16-20-24, 13-17-21-25, 14-18-22-26 und 15-19-23-27 zusammengefaßt werden.

Die Arbeitsweise der dargestellten Schaltung wird verständlich, wenn man z. B. die erste Gruppe betrachtet. Der Ausgangswechselstrom der Entnahmewicklung 12 wird mittels einer Diode 37 gleichgerichtet und den Klemmen eines Widerstands 38 und eines Kondensators 39 in Parallelschaltung zugeführt. Wegen des Bestehens einer gleichgerichteten Spannung wird über eine Diode 40 der Basisstrom eines Transistors 41 blockiert. Der Transistor kann also nur dann Strom führen, wenn die Entnahmewicklung 12 keinen oder nur einen sehr geringen Strom abgibt. Dies geschieht jedesmal dann, wenn die Verschlüsselungsspur um die Hälfte eines Teilungsschritts verschoben wird. Die Entnahmewicklungen 16, 20 und 24 tragen auf die gleiche Weise zur Steuerung des Transistors 41 bei, jedoch mit einer entsprechenden gegenseitigen zeitlichen Versetzung. Dioden 40', die der Diode 40 gleich sind, gewährleisten mit dieser, daß die Wirkungen der Wicklungen auf den Transistor 41 voneinander getrennt sind und daß Rückwirkungen zwischen den Wicklungen vermieden werden. Transistoren 42, 43 und 44 werden in gleicher Weise von den anderen Entnahmewicklungsgruppen gesteuert. Die Ausgangssignale der Transistoren 41 bis 44 werden sodann auf übliche Weise über Summierwiderstände zusammengefaßt, so daß an derr Klemmen eines Abschlußwiderstandes ein Signal entsteht, in welchem die Binärziffer 1 jedesmal erscheint, wenn der Abtastkopf relativ zu der Verschlüsselungsspur um einen !.bestimmten Bruchteil des Teilungsschritts verschoben worden ist.

Bei einer anderen Ausführungsart der elektrischen Schaltung können die Ausgangssignale der Wicklungen so kombiniert werden, daß ein absoluter Verschlüßler entsteht, d. h. ein Verschlüßler, der eine direkt verschlüsselte Binärzahl liefert. Wenn nun auf derselben Verschlüsselungsspur ein zweiter Abtastkopf angebracht wird, dessen Abtastorgane in solchen Abständen angeordnet sind, daß der Abstand der aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse doppelt so groß wie bei dem ersten Abtastkopf ist, so liefert der zweite Abtastkopf die Binärziffer des Stellenwertes, der unmittelbar über dem Stellenwert der vom ersten Abtastkopf gelieferten Binärziffer liegt. Entsprechend können weitere Abtastköpfe vorgesehen werden, deren Impulsabstände jeweils doppelt so groß wie

bei dem vorhergehenden Abtastkopf sind. Dadurch wird ein vollständiger Binärcode gebildet, und dennoch braucht nur eine einzige Verschlüsselungsspur vorgesehen zu werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Nach dem Noniusprinzip arbeitender digitaler Verschlüßler mit wenigstens einer Verschlüsselungsspur, die aus in gleichmäßiger Teilung angeordneten Flächenabschnitten mit abwechselnd unterschiedlichem magnetischem Widerstand besteht, und mit wenigstens einem relativ zu der Verschlüsselungsspur verstellbaren Abtastorgan in Form eines mit der Verschlüsselungsspur zusammenwirkenden Magnetkreises einer an einer Wechselspannung liegenden Erregungswicklung und einer Entnahmewicklung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) mehrere Abtastorgane (z. B. 24, 29, 30) sind in an sich bekannter Weise in einer parallel zur Verschlüsselungsspur (10) verlaufenden Reihe nebeneinander angeordnet;

b) die Abstände der Mitten der Abtastorgane (z.B. 24, 29, 30) sind um einen Bruchteil größer als der Teilungsschritt der Verschlüsselungsspur;

c) jedes Abtastorgan ist in an sich bekannter Weise so ausgeführt, daß seine Entnahme-

, wicklung (12 bis 27) dann und nur dann ein kennzeichnendes Ausgangssignal abgibt, wenn das Abtastorgan eine bestimmte Stellung relativ zu einem Flächenelement (33) mit bestimmtem magnetischem Widerstand einnimmt.

2. Verschlüßler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abtastorgan zwei Polteile (29, 30) aufweist, die mit getrennten Erregungswicklungen (31, 32) gekoppelt sind, daß die Entnahmewicklung (24) mit den beiden Polteilen (29, 30) so gekoppelt ist, daß sie von den von den beiden Erregungswicklungen (31, 32) stammenden Magnetflüssen gegensinnig durchsetzt wird, und daß die beiden Polteile (29, 30) in bezug auf die Flächenabschnitte (33) der Verschlüsselungsspur (10) gegeneinander versetzt sind.

3. Verschlüßler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Versetzung der Polteile (29, 30) einen halben Teilungsschritt der Verschlüsselungsspur (10) beträgt.

4. Verschlüßler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlüsselungsspur (10) zwei nebeneinanderliegende Reihen von abwechselnden Flächenabschnitten (33) aufweist, von denen die eine Reihe mit dem einen Polteil (29) und die andere Reihe mit dem anderen Polteil (30) jedes Abtastorgans zusammenwirkt. .

5. Verschlüßler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Erregungswicklungen (31, 32) mehreren Abtastorganen gemeinsam sind.

6. Verschlüßler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wirbelstromabschirmung (35, 36) in der Nähe der um die zwei Polteile (29, 30) jedes Abtastorgans gewickelten Entnahmewicklung (24) derart angeordnet ist, daß das Abtastorgan nur auf die magnetomotorische Kraft anspricht, die in dem durch die Verschlüsselungsspur (10) hindurchgehenden Magnetkreis besteht.

7. Verschlüßler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ausgangssignal jedes Abtastorgans gleichgerichtet (in 40. F i g. 5) und den gleichgerichteten Ausgangssignalen der anderen Abtastorgane entweder direkt oder in Gruppen hinzugefügt wird und daß durch das so gebildete Summensignal wenigstens eine Einrichtung (41, 42, 43, 44) mit zwei Zuständen, nämlich einem blockierten und einem nichtblockierten Zustand, gesteuert wird, welche das Ausgangssignal des Verschlüßlers abgibt.

8. Verschlüßler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer mehrstelligen Binärzahl einer einzigen Verschlüsselungsspur (10) mehrere Gruppen von Abtastorganen zugeordnet sind, bei denen die Bruchteile, um welche die Abstände zwischen den Mitten der Abtastorgane größer als die Teilung der Verschlüsselungsspur sind, von Gruppe zu Gruppe verdoppelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen