DE1548741C - Ubertragungsanordnung fur eine zah lenmaßige Stellungsanzeige eines beweg liehen Gegenstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ubertragungsanordnung für eine zahlenmäßige Stellungsanzeige eines beweglichen Gegenstandes entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn unter Verwendung einer optischen Rasterung einerseits und zugeordneter photoelektrischer Ablesevorrichtungen andererseits, die in Abhängigkeit in der Bewegung des Gegenstandes gegeneinander beweglich sind und Signale entsprechend der Relativbewegung erzeugen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 189 736 sind mehrere mit einer optischen Rasterung zusammenarbeitende Abtast- oder Ableseeinrichtungen bekannt, die mehrere gleiche oder phasenverschobene Wellen erzeugen, welche ein Wellenbildmuster bilden. Dieses wird zur Bestimmung nur der Bewegungsrichtung verwendet, während die Strecke der Verlagerung durch eine Impulszählung gemessen wird. Daher wird nicht die absolute Stellung gegenüber der Rasterung festgestellt.

Weiterhin ist aus der USA.-Patentschrift 3 076 374 eine berührungsfreie optische Abtastung bekannt, welche fortlaufend die lineare Verlagerung anzeigt. Dabei' werden mehrere Signalströme erzeugt, welche sich auch bewegen, wenn der Gegenstand stillsteht, und zwar durch die Zusammenwirkung einer optischen Rasterung mit einer rotierenden Spiralabtasteinrichtung. Die Ströme werden hinsichtlich ihrer Phasenlage mit e'inem Bezugsstrom verglichen, der zum Antrieb, d. h. zum Drehen der Abtasteinrichtung dient. Die sich ergebende Phasenverschiebung bildet eine Zeitsteuerung für eine stroboskopische Untersuchung eines sich synchron drehenden Meßanzeigers, um eine fortlaufende Anzeige der Stellung der Rasterung und somit eines beweglichen Gegenstandes zu geben. Diese Ausführung arbeitet mit einer sich ändernden Amplitude gegenüber einem Bezugssignal.

Auch diese Ausführung beruht auf der Abtastung von Markierungen.

Das gleiche gilt für Ausführungen nach der deutschen Patentschrift 1 137 569, die auf der Basis eines Sinus-Kosinus-Kodierers arbeit, wobei eine 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, sowie für die deutsche Auslegeschrift 1 188 307, bei welcher ein entsprechend dem umzusetzenden Analogwert ausgelenkter Teil, beispielsweise der Spiegel eines Lichtmarkenmeßgerätes, in einer Brennlinie und eine fotoelektrische Auffangvorrichtung in einer anderen Brennlinie einer ellipsenförmig gebogenen, reflektierenden Fläche angeordnet ist, welche die Markierungen der Rasterungen aufweist.

Die bekannten Vorrichtungen sind aufwendig, und zwar auch insofern, als eine sehr fein unterteilte Rasterung vorgesehen sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von einer Spur einer optischen Rasterung sowohl die Bewegungsrichtung als auch die Verlagerungsstrecke zu erhalten, und zwar auch bei einer verhältnismäßig groben Rasterung, die leicht, billig und sehr genau herstellbar ist, wobei Impulszählungen vermieden werden, bei denen nicht die absolute Stellung gegenüber einer in bezug zu einer Rasterung festgestellt wird und sich Fehler ergeben können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Einrichtungen gelöst, die von einem die Rasterung und Ablesevorrichtungen enthaltenden Verschlüssler eine Mehrzahl von zyklisch wechselnden elektrischen Signalen ableiten, die jeweils eine Form aufweisen, bei der ein Zykluswechsel der Bewegung des Gegenstands um die Länge einer Rasterteilung entspricht und die zueinander derart phasenverschoben sind, daß die Durchgangszeitpunkte der entsprechenden Signale durch eine gegebene Amplitudenbezugsebene verschiedenen Verschiebestellungen des beweglichen Gegenstandes entsprechen, welche gleiche Abstände über eine Teilung der Rasterung aufweisen, wobei eine Vorrichtung zur gesonderten Feststellung des Zeitpunktes, bei dem jedes der Signale die Bezugsebene passiert, und der Richtung, in der die Änderung stattfindet, sowie ein Digitalzähler oder Informationsspeicher vorgesehen sind, der durch die Vorrichtungen zur Feststellung des Durchgangszeitpunktes und der Richtung der Signale gesteuert ist, um fortlaufend die Unterteilungen oder Zonen irgendeiner Rasterteilung, in der sich der Gegenstand befindet, zu registrieren.

Hierdurch wird erreicht, daß praktisch ein Äquivalent für eine sehr fein unterteilte Rasterung geschaffen wird und Signale erzeugt werden, die eindeutig jede Unterteilung einer Rasterung angeben, so daß praktisch eine Interpolation innerhalb jeder kleinsten Teilung der Rasterung zur Lieferung einer Information erzielt wird. Dabei ergeben sich Stellungsanzeigen in Einheiten, die ein Vielfaches der Teilung der Rasterung darstellen.

Die Erfindung bezieht dabei eine Anzeige in einem binären oder dezimalen Anzeige- oder Zählsystem ein.

Bevorzugt wird, daß die zyklisch wechselnden elektrischen Signale eine sinusförmige Wellenform haben, und zweckmäßig ist die Amplitudenbezugsebene die Ebene mit der Amplitude Null.

Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Mehrzahl der zyklisch wechselnden elektrischen Signale von einer kleineren Anzahl von Signalen abgeleitet, von denen jedes durch direkt von der Rasterung gesteuerte Einrichtungen erzeugt wird.

Hierdurch ergibt sich automatisch eine Interpolation für Zwischenstellungen der Rasterung. Dabei wird bevorzugt, daß von dieser direkt drei wechselnde

Signale abgeleitet sind, die zueinander eine Phasenbeziehung von 0, 90 und 180° aufweisen. Dadurch lassen sich optimale Verhältnisse auch für die Herstellung der Rasterung erreichen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird jedes direkt abgeleitete Signal einer Widerstands-Potentiometerschaltung mit Abgriffspunkten zugeführt, an denen die erforderliche Mehrzahl zyklisch wechselnder Signale als phasenverschobene Wellenformen abnehmbar ist. Damit wird erreicht, daß die zyklisch wechselnden Signale mit einer verhältnismäßig einfachen Vorrichtung hergestellt werden.

Zweckmäßig weisen die die Bezugsebene feststellenden und auch die Richtung wahrnehmenden Vorrichtungen eine Vielzahl von Schmittschen Triggerschaltungen auf.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung sind Koinzidenz-Torschaltungen zur wahlweisen überprüfung verschiedener Paare von Ausgangssignalen von den die Bezugsebene und die Richtung feststellenden Vorrichtungen vorgesehen, um jede der verschiedenen Unterteilungen oder Zonen innerhalb jeder Rasterteilung festzustellen. Hierdurch ergibt sich eine besonders robuste und kleinbauende Lösung. Dabei kann der Ausgang jeder Torschaltung die Wiedergabe einer entsprechenden Ziffer an einer visuellen Anzeigevorrichtung steuern.

Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform sind weitere Verschlüssler und' Entschlüssler mit dem beweglichen Gegenstand gekuppelt und liefern weitere numerische Anzeigen in Ausdrücken eines Vielfachen des Teilungsmaßes der Rasterung. Dabei wird vorteilhaft einbezogen, daß die weiteren Verschlüssler und Entschlüssler zwei getrennte Systeme aufweisen, von denen eines seinen Zählzustand vor und> das andere seinen Zählzustand nach dem Augenblick des Durchgangs des beweglichen Gegenstandes von einer Teilung der Rasterung zur nächsten ändert.

Besonders bevorzugt wird dabei jedoch, daß die getrennten Systeme dadurch wirksam oder unwirksam gemacht werden, daß von den Entschlüsslern/Verschlüsslern der nächstgeringeren Ziffernbedeutung abgeleitete Signale zugeführt werden, wodurch eine übertragung von einem System auf das andere jeweils in dem Augenblick bewirkt wird, wenn der bewegliche Gegenstand sich von einer Rasterteilung zur nächsten bewegt. Hierdurch ergeben sich die genauen Umschaltungen zu einer Information auf dem Wege der Interpolation.

In einer besonders vorteilhaften, zuverlässig arbeitenden und robusten Ausbildung weisen die weiteren Verschlüssler eine Vielzahl von Schaltern auf, die durch einen mit dem beweglichen Gegenstand gekuppelten Nocken betätigbar sind. Zweckmäßig haben die weiteren Entschlüssler eine Vielzahl von Relais, die jeweils von einem der nockenbetätigten Schalter gesteuert werden. Dabei ergibt sich in vorteilhafter Ausbildung eine Dezimalanzeige.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind jedoch auch Binär-Zahlen-Anzeigen vorgesehen, und die weiteren Verschlüssler und Entschlüssler weisen einen Vielfach-, Binär-Zahlenkanal oder Rasterung und alternativ arbeitende Ablesevorrichtungen auf, von denen eine vor und die andere hinter der Stellung angeordnet ist, an der die Wechsel in dem weiteren Kanal oder der Rasterung mit dem Zeitpunkt des Durchganges des beweglichen Gegenstandes von einer Teilung der ersten optischen Rasterung zur nächsten ' zusammenfallen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigt

F i g. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Werkzeugmaschine, die die Erfindung enthält,

F i g. 2 ein schematisches Blockschaubild der Ubertragungsanordnung nach Fig. 1,

ίο Fig. 3 eine graphische Diagrammdarstellung einer Schar von Wechselstromsignalwellen, wie sie bei der Anordnung in den F i g. 1 und 2 verwendet wird,

F i g. 4 eine Reihe von Wellenformdiagrammen zur Darstellung des Betriebes der Anordnung nach F i g. 2, Fig. 5 ein schematisches Blockschaubild, in dem die Entschlüsslungsanordnungen für den am wenigsten bedeutsamen oder Rasterungsabschnitt der in F i g. 2 gezeigten Anordnung dargestellt ist,

F i g. 6 in schematischer Darstellung einen Wellenformgenerator,

F i g. 7 ein Schaltbild, in dem eine der weiteren Entschlüsslungsanordnungen für die bedeutsameren Di- , gitalabschnitte der in F i g. 2 gezeigten Anordnung dargestellt ist,

F i g. 8 eine weitere Gruppe von Wellendiagrammen, die auf die Entschlüsslungsanordnungen der F i g. 5, 6 und 7 bezogen sind,

F i g. 9 eine Teildarstellung, eines mechanischen Verschlüsslers,

Fig. 10 ein schematisches Blockschaubild, ähnlich der Fig. 5, einer anderen Anordnung, die nach dem binären System arbeitet,

Fig. 11 ein Diagramm, in dem die wahlweisen Ablese- bzw. Auswertungsanordnungen dargestellt sind, die in Verbindung mit einem mechanischen übertrager für die bedeutsameren binären Digitalabschnitte der Anordnung nach Fig. 10 verwendet werden, und

Fig. 12 ein schematisches Blockschaubild, in dem die Anwendung der Anordnungen gemäß der Erfindung für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine dargestellt ist.

Die nunmehr im einzelnen zu beschreibende Ausführungsform der Erfindung dient zur Steuerung der Werkzeugstellung entlang einer Achse der Werkzeugbewegung an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Drehbank, wobei ein Dezimalsystem verwendet wird.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Werkzeug 10 ist auf einem Support 11 angeordnet und in einer linearen Richtung mittels einer Leitspindel LS beweglich, die entweder von Hand oder mittels eines Vorgeleges 13 von einem geeigneten Servo- oder anderem reversiblen Elektromotor 14 angetrieben sein kann. Am Support 11 ist ein linearer, optischer Raster GR angebracht, der beispielsweise eine Rasterteilung von 0,254 mm hat, d. h. 100 Zeilen je 25,4 mm. Mit der Rasterung GR arbeiten drei gesonderte stationäre Lichtquellen 16 zusammen, die auf einer Seite der Rasterung angeordnet sind, während an der gegenüberliegenden Seite drei fotoelektrische Aufnahmeköpfe 17 vorgesehen sind, die jeweils geschlitzte Masken haben und Fototransistoren od. dgl. lichtempfindliche Mittel aufweisen, die elektrische Ausgangssignale erzeugen. Die drei Lichtquellen 16 und die fotoelektrischen Aufnahmeköpfe 17 sind relativ zueinander und den Rasterteilungen so angeordnet, daß die entsprechenden Ausgangssignale eine sinus-

förmige Wellenform mit einer Winkelphasenbeziehung von 0, 90 und 180° zueinander haben, wobei ein Zyklus einer jeden Welle einer Bewegung der Rasterung GR und des Werkzeugs 10 um eine Rasterteilung entspricht, d. h. 0,254 mm. .

Drei weitere Verschlüssler £ 1, £ 2 und £3 sind ebenfalls mit der Leitspindel LS gekuppelt. Es ist ersichtlich, daß der Verschlüssler £ 1 in einem von zwei gleichen Teilen eine Nockenscheibe 18 aufweist, die fest mit der Leitspindel verbunden ist und einen Arbeitsbereich hat, der sich über 180° ihres Umfangs erstreckt. Dieser Arbeitsbereich betätigt die Stößel von fünf einpoligen elektrischen Schaltern 19, die in 36°-Intervallen auf einem 144°-Bogen des Drehweges der Nockenscheibe verteilt sind. Wie im einzelnen später noch beschrieben wird, weist ein zweites gleiches Teil eine zweite Nockenscheibe, wie bei 20 in F i g. 9 gezeigt, auf, die ebenfalls auf der Leitspindel befestigt ist und eine zweite Gruppe von fünf Schaltern 21 betätigt. Der Verschlüssler £2 gleicht dem Verschlussler £ 1 und wird von der Leitspindel LS über ein Untersetzungsgetriebe GB1 mit einer Untersetzung von 10:1 angetrieben, während der weitere Verschlüssler £3 wiederum gleiche Form wie der Verschlüssler £1 hat und von der Spindel des Verschlüsslers £2 über ein weiteres 10:1 Untersetzungsgetriebe GB 2 angetrieben ist.

Nunmehr wird auf F i g. 2 Bezug genommen. Die drei phasen verschobenen Wellenformen von der Rasterung GR werden der Vorrichtung W zugeführt, um eine Schar von zehn Wellenformen zu erzeugen, die von ihren unmittelbaren Nachbarn jeweils 18° phasenverschoben sind. Diese zehn Wellenformen werden dann einer Null-Detektorvorrichtung zugeführt, um entsprechende Null-Anzeigesignale wA, wB ... wH, w J, wK zu erzeugen, die einem später noch in größerer Einzelheit zu beschreibenden Entschlüssler DR zugeführt werden. Dieser Entschlüssler DR unterteilt jeden Ausgangszyklus der Hauptrasterungswellenform in zwanzig gleiche Teile, die jeweils eine Verschiebung von 0,0127 mm darstellen, da die Rasterung GR so ausgebildet ist, daß sie eine Wellenformänderung des vollständigen Ausgangszyklus für 0,254 mm Bewegung des Werkzeugs 10 vorsieht. Diese Verschiebungen werden als Stellungsanzeigen auf zwei Anzeigevorrichtungen II, 12 wiedergegeben. Die erste dieser Anzeigevorrichtungen J1 hat zwei wahlweise Darstellungen »0« oder »5« und zeigt in Werten von 0,00254 mm an, während die andere Anzeigevorrichtung/2 zehn verschiedene Darstellungsangaben »0« bis »9« hat und Maße von 0,0254 mm anzeigt.

Die wichtigeren Verschlüsslerabschnitte £ 1, £2, £3, die die Schaltergruppen 19, 21 aufweisen, steuern die Relais in den entsprechenden Entschlüsslerabschnitten DR1, DR 2, DR 3. Die Entschlüsslerausgangssignale werden dann zur Steuerung weiterer Anzeiger /3, /4, /5 für digitale Darstellungen verwendet. Der Anzeiger/3 zeigt 0,254-mm-Maße, der Anzeiger/4 2,54-mm-Maße und schließlich der wichtigste Digitalanzeiger 15 25,4-mm-Maße an.

Es wird nunmehr auf F i g. 3 Bezug genommen. In der Vorrichtung werden von den vorbeschriebenen drei Grundwellenformen wOOO, wO9O und wl80 acht weitere Wellenformen wO18, wO36, wO54, wO72, w 108, w 126, w 144 und wl62 abgeleitet, um eine Schar zu bilden, in der die Durchgangszeitpunkte dieser Wellenformen durch die Nullbezugsebene die Stellung der Rasterung und damit des Werkzeugs 10 in verschiedenen 18°-Unterteilungen der 0,254 Rasterteilung markieren. Diese zusätzlichen Wellenformen können, wie in F i g. 1 gezeigt, dadurch erhalten werden, daß die drei Grundwellenformen wOOO, w090 und w 180 in eine Widerstands-Potentiometerschaltung RPN eingespeist werden. Durch geeignete Wahl der Widerstandswerte können die verschiedenen Ausgangswellenformen, die an den Abgriffpunkten verfügbar sind, die gewünschte Phasenbeziehung haben. Zweckmäßig besteht, wie dargestellt, die Potentiometerschaltung aus mehreren in Reihe geschalteten Potentiometern mit zusätzlichen Widerständen, um eine genaue Einstellung der Phasenbeziehung der verschiedenen Interpolationswellenformen ohne Störung der Belastung der Schaltung als Ganzes zu ermöglichen.

Die wOOO- und w090-Wellenformen und jene an den Abgriffstellen der Schaltung verfügbaren werden gesonderten Null-Detektorschaltungen ZDl ... ZDlO zugeführt. Dies sind zweckmäßig Schmittsche Trigger-Schaltungen mit flacher Hysteresis, die so angeordnet sind, daß sie in einen Zustand versetzt werden, wenn die zugeführte Eingangsspannung die Null-Bezugsebene in einer Richtung passiert und die in den entgegengesetzten Zustand zurückgestellt werden, wenn die zugeführte Spannung in umgekehrter Richtung durch die Null-Bezugsebene geht. Die resultierenden Ausgangswellenformen v/A, wB, wC, wD, v/E, wF, v/G, v/H, wJ und v/K sind in Fig. 4 gezeigt, aus der ersichtlich ist, daß die »Ein«-Periode jeder Wellenform sich über 180° einer kompletten Teilung der Rasterung GR und »Aus«-Periode entsprechend über die verbleibenden 180° erstreckt.

Die Umstellungszeitpunkte aufeinanderfolgender Wellenformen sind um 18° gegenüber dem Rasterteilungszyklus in der Phase verschoben, und folglich ist jede einzelne der zwanzig Stellenzonen 0 bis 19, die in einer vollständigen Rasterteilung enthalten sind, durch einen eindeutigen Kombinationszustand der beiden Null-Detektorausgänge identifizierbar. Somit ist die Stellungszone 0 eindeutig durch die Wellenform wA, die im Zustand »Ein« ist, und die Wellenform wB im Zustand_ »Aus« oder in Booleanscher

Algebraform als AB identifizierbar, während die

Zone 9 als AK und die Zone 19 als AR identifiziert werden können.

F i g. 5 stellt in Teildarstellungen die Ausführungsform der EntschlüssleranordnungenDjR der Fig. 2 dar. Die entsprechenden Null-Detektorsignale wA ... wK werden jeweils einer NOR-Torschaltung NGl... NGlO zugeführt, das als Umwandler verwendet wird, um die Umkehrung oder NOT-Version eines jeden Signals zu bilden. Die erforderlichen verschiedenen Wellenkombinationen zur Identifizierung jeder Zone 0 bis 19 werden jeweils weiteren NOR-Torschaltungen NGIl ... NG30 zugeführt. Die Ausgänge der Torschaltungen NGIl und NG 12 werden in Kombinationen einer weiteren NOR-Torschaltung NG 31 zugeführt, welche eine weitere NOR-Torschaltung NG32 speist, die als Inverter vor einer Emitter-Nachfolgebzw, emittergekoppelten Schaltung EFO arbeitet. Der Ausgang dieser emittergekoppelten Schaltung EFO steuert die Anzeigelampe »0« der aus zehn Lampen bestehenden Gruppe 12, die als ein gespeichertes numerisches Anzeigesignal »0« verfügbar ist. Zusätzlich wird der Ausgang der NOR-Torschaltung NGIl einer von zwei weiteren NOR-Torschaltungen NG33 zugeführt, die über die Inverter NOR-Torschaltungen

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NG 35 eine emittergekoppelte Schaltung £F10 speist, der die Anzeigelampe »0« der Zweilampenanzeigegruppe/l steuert. Der Ausgang der NOR-Torschaltung AfG 12 wird ebenfalls über die NOR-Torschaltungen NG 34 und NG36 und der emittergekoppelten Schaltung EFIl der Kontrollampe»5« derselben Gruppe /1 zugeführt.

Die restlichen NOR-Torschaltungen NG 13 ... NG30 sind in gleicher Weise angeordnet, wobei jedes nachfolgende Paar die zugeordnete eine Lampe der Lampen der Anzeigegruppe/2 und die eine oder die andere der Lampen der Gruppe /1 steuert, so daß jede Lampe der zehn Lampen der Gruppe 12 aufleuchtet, wenn sich der bewegliche Gegenstand in zwei aufeinanderfolgenden Zonen befindet, wobei die eine oder die andere der weiteren beiden Lampen/1 aufleuchtet, je nachdem in welcher der beiden Zonen sich der Gegenstand befindet.

Wenn sich somit der bewegliche Gegenstand in der Zone8, Fig. 4, befindet, wird die WellenformwJ im Zustand »Ein« und die Wellenform wK im Zustand »Aus« sein. Die NOR-Torschaltung NG 19 wird die einzige der Gruppe NG 11 bis NG 30 sein, die ein Ausgangssignal liefert, so daß die Lampe »4« der Gruppe/2 und die Lampe »0« der Gruppe/1 aufleuchten, um die Maßstellung von 0,1016 mm anzuzeigen. Bei der Bewegung des Gegenstandes in die Zone 9 geht die Wellenform wK auf »Ein«, wobei dies mit der Wellenform wA ebenfalls auf »Ein« bewirkt, daß allein die NOR-Torschaltung NG 20 ein Ausgangssignal hat, das die Beleuchtung der Lampe »4« der Gruppe/2 aufrechterhält, jedoch die Beleuchtung der Gruppe Jl auf die Lampe »5« umkehrt, um die neue Maßstellung von 0,1143 mm anzuzeigen.

Durch die Verwendung der zuvor beschriebenen Anordnungen wird die Notwendigkeit vermieden, Impulstechniken zum Aufdatieren des Anzeigers oder Speichers zu verwenden, und die Ergebnisse in der Darstellung oder Wiedergabe werden fortlaufend mit den Eingangswellenformen verkettet, wenn sich diese ändern.

Die Verschlüssler £1, £2, £3 sind gleich ausgeführt und besitzen jeweils die zwei Sätze von fünf Schaltern 19, 21, die in Abständen von 36° auf einem Bogen angeordnet sind und, wie bereits beschrieben, durch sich drehende Nocken 18, 20 nacheinander eingeschaltet werden können.

Nunmehr wird auf F i g. 7 Bezug genommen, die die Anordnung eines weiteren Teiles des Verschlüsslers E1 zeigt, wobei der aus den fünf Schaltern 19 bestehende Satz die entsprechende Erregung der Relais Rl, K 2, R3, R4 und R5 in Übereinstimmung mit dem folgenden Code steuert, in welchem »1« die Erregung eines Relais und »0« seinen erregungslosen Zustand anzeigt.

60

65

R5	R4	R3	R2	Rl	Zone
0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	1	1
0	0	0	1	1	2
0	0	1	1	1	3
0	1	1	1	1	4
1	1	1	1	1	5
1	1	1	1	0	6
1	1	1	0	0	7

R5	R4	R3	Rl	Ri	Zone
1	1	O	O	O	8
1	O	O	O	O	9

Der andere Satz Schalter 21 steuert die anderen Relais RI¹, R2¹, K3¹, R4¹ und K5¹ in gleicher Weise. Die entsprechenden Kontakte der Relais Rl ... R5 sind, wie dargestellt, in einer Schaltung zwischen einem »Voreik-Eingangsleiter 30 und den Lampenspeiseleitungen I₀ ... I₉ der Anzeigelampe/3 angeordnet.

Die Kontakte der anderen RelaisKl' ... RS' sind in gleicher Weise zwischen den Lampengruppenleitungen I₀ ... I₉ und einem »Nacheik-Eingangsleiter 31 angeordnet. Die »Voreil«- oder »Nacheil«-Eingangsleiter 30, 31 werden abwechselnd durch Steuersignale erregt, die, wie in F i g. 6 gezeigt, durch Vereinigung der fünf Ausgänge »0«, »1«, »2«, »3« und »4« von den emittergekoppelten Schaltungen EF1 ... EF 5 des Raster-Entschlüsslers DR (F i g. 5) in einer OK-Torschaltung OG1 abgeleitet werden, deren direktes Ausgangssignal die in F i g. 8 bei (b) gezeigte »Voreil«-Wellenform und über einen Inverter 7NFl die »Nacheil«-Wellenform liefert, wie sie in F i g. 8 bei (c) gezeigt ist. Die Nocken 18, 20, die die beiden fünf Schalter (19, 21) aufweisenden Gruppen steuern, sind so auf der Leitspindel LS angeordnet, daß die verschiedenen »Voreil«-Steuerrelais R1 bis R 5 im wesentlichen gleichzeitig mit dem Mittelpunkt der »Aus«-Perioden der voreilenden Wellenform ein- und abgeschaltet werden, d.h. zu dem Zeitpunkt, wenn sich das Werkzeug 10 in einer der Rasterunterteilungen oder -zonen des Wertes »7« befindet, wie dies aus einem Vergleich des Diagramms (α) der F i g. 8 mit den Diagrammen (d), (/) oder (h) der F i g. 8 ersichtlich ist, welche die »Ein«-Perioden der Relais R1, R 2 bzw. R 5 zeigen.

Die »Nacheil«-Relais R V ... R 5' werden in gleicher Weise etwa in der Mitte der »Aus«-Perioden der »Nacheil«-Wellenform, wie in F i g. 8 bei (c) gezeigt, geschaltet, d. h. zu dem Zeitpunkt, in dem sich das Werkzeug 10 in einer der Rasterzonen des Wertes »2« befindet. Siehe die Diagramme (e), (g) und (7) der Fig. 8, die die »Ein«-Perioden der Relais Al', R 2' und RS' zeigen. Diese Verschlüssler £ 1 arbeiten folgendermaßen. Es wird angenommen, das Werkzeug befindet sich in einer der Anzeige »9« am Anzeiger/2, der Anzeige »5« am Anzeiger /1 und, beispielsweise, der Anzeige »2« am Anzeiger /3 entsprechenden Stellung und wird in eine Stellung größerer Digital-Bedeutung bewegt, d. h. aus der Zone »29« (F i g. 4) in die benachbarte Zone »0«.

Während sich das Werkzeug in der Zone 19 der Rasterung oder dem am wenigstens bedeutenden Verschlüssler-Entschlüsslersystem befindet, ist die »Nacheil«-Wellenform (F i g. 8 c) »Ein« und die »Voreil«- Wellenform (Fig. 8b) »Aus«. Bezogen auf den oben angegebenen Relaisbetätigungscode sind die RelaisKl', K2' erregt und die RelaisK3' ... K5' nicht erregt. Das »Nacheil«-Wellenform-Eingangssignal bei 31, F i g. 7 bewirkt demgemäß ein Aufleuchten der Lampe »2« der Gruppe/3. Bei der Bewegung des Gegenstandes von der Zone 19 in die Zone 0 der Rasterung oder des am wenigsten bedeutenden Digital-Verschlüsslersystems geht die »Nacheik-Wellenform in den »Aus«-Zustand und die »Voreil«-Wellenform

genau in dem Augenblick der Bewegung über die Trennungslinie zwischen den Zonen in den »Ein«- Zustand. Vor diesem Augenblick hat jedoch der die Schalter 19 steuernde Nocken 18 in der vorhergehenden Rasterzone 7 die Erregung der Relais R1, R 2, R 3 und die Abschaltung der Erregung der Relais R4, RS bewirkt, so daß unmittelbar, wenn die »voreilende« Wellenform an der Leitung 30 in den Zustand »Ein« kommt (F i g. 7), die Lampe »3« an Stelle der Lampe »2« aufleuchtet. Die tatsächlichen Wechsel-Zeitpunkte der bedeutenderen Anzeige/3 sind in F i g. 8, Diagramme (k) und (Q gezeigt und, wie ersichtlich ist, werden sie durch die Augenblicke des Wechsels der »Voreil«- und »Nacheil«-Wellenform bestimmt, die von dem weniger bedeutenden Digital-Verschlüssler-Entschlüssler-System abgeleitet ist. Die Arbeitsweise bei der Bewegung des Gegenstandes in umgekehrter Richtung ist genau der gleiche. Die übrigen Verschlüssler und Entschlüssler El, EZ, DRl, DR3 sind in gleicher Weise angeordnet und arbeiten in gleicher Weise, wobei die diesbezüglichen »Voreil«- und »Nacheil«-Wellenformen von den Anzeiger-Erregerschaltungen der vorhergehenden Stufe geringerer · Bedeutung geliefert werden.

Obgleich die Erfindung insbesondere für ein vielstufiges Dezimalsystem beschrieben worden ist, ist ersichtlich, daß irgendeine andere Form der Bezifferung oder Größe der Teilungseinheit, beispielsweise ein binäres System, vorgesehen sein kann. Durch die Vermeidung der Impulsbetätigung und die direkte und kontinuierliche Erregung der Anzeiger-Schaltungen, wie in der soeben beschriebenen Ausführungsform, sind die Anzeiger dauernd mit den Verschlüsslern und Entschlüsslern verbunden, und das System ist von möglichen Schwierigkeiten infolge Interferenzimpulsen oder Wanderwellen befreit. Die Anordnungen sind zur Anzeige von Bewegung sowohl in linearer als auch Dreh-Richtung geeignet.

Fig. 10 zeigt in schematischer Blockdarstellung eine wahlweise Ausführungsform eines Verschlüssler-Entschlüsslers für den Betrieb mit einem binären System, wobei acht Ausgangswellenformen wOOO, wO22 1/2 ... w 135, wl571/2, ähnlich den in Fig. 3 gezeigten, vorgesehen sind, wobei aber jede in Intervallenvon 22V₂ ° einer gesonderten zugeordneten Null- DetektorschaltungZDl, ZDl ... ZD8 zugeführt wird. Jede dieser Null-Detektorschaltungen erzeugt einen positiven Ausgangsimpuls an einem ihrer Ausgänge, wenn die zugeführte Wellenform durch Null geht, wenn ein Wechsel im Sinne von Negativ zu Positiv erfolgt und einen negativen Ausgangsimpuls an einem zweiten Ausgang, wenn die zugeführte Wellenform durch Null geht und ein Wechsel im Sinne von Positiv zu Negativ erfolgt. Die entsprechenden zwei, + und —,Ausgangssignale von jedem Null-Detektor werden als Einstellsignale zu gegenüberliegenden Eingängen einer zugeordneten bistabilen Schaltung B1, Bl... Bl, B8 verwendet, wodurch jede der bistabilen Schaltungen jedesmal, wenn die zugeordnete Wellenform durch Null geht, wieder in einen Zustand versetzt wird, der durch die Richtungsänderung der Eingangswellenform bestimmt wird. Die entsprechenden Signale von entgegengesetzten Ausgängen der Reihe bistabiler Schaltungen werden jeweils als ein Eingangssignal einer besonderen und zugeordneten signalgesteuerten Schaltvorrichtung G1, G 2, G 3 ... G15, G16 mit zwei Stellungen zugeführt, von denen jede Schaltvorrichtung bezüglich ihrer Schaltstellung entsprechend der Polarität der einen oder anderen Grundeingangswellenformen wOOO und w090 vom Raster gesteuert wird, so daß, wenn die steuernde Eingangswellenform in irgendeinem Augenblick positiv wird, der Schalter das Signal von der zugeordneten bistabilen Schaltung einer (der oberen) Ausgangsleitung zuführt, während dieses Signal, wenn das Steuersignal eine entgegengesetzte Polarität aufweist, der anderen (unteren) Ausgangsleitung zugeführt wird.

Die SchaltvorrichtungGl, G2 ... G16 sind mit ihren entsprechenden Ausgängen mit einer zugehörigen binären Verschlüsslungsmatrize M verbunden, deren Ausgänge wiederum mit den verschiedenen Einstelleingängen gesonderter binärer oder zwei Zustände aufweisender Zählvorrichtungen 2°, 2¹, 2² und 2³ verbunden sind, die einen vierstufigen Digitalspeicher bilden.

Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird durch die Beschreibung des folgenden speziellen Beispiels verständlich. Wenn das Werkzeug oder ein anderer beweglicher Gegenstand eine solche Stellung einnimmt, daß die wOOO-Eingangswellenform die Null-Ordinate durchläuft und die Bewegungsrichtung des Gegenstandes nach vorwärts zu einer Stellung größerer digitaler Bedeutung verläuft, geht die Eingangswellenform wOOO ins Positive, so daß der zugeordnete Null-Detektor ZD1 an seinem oberen Ausgang einen positiven Impuls abgibt, um den zugeordneten bistabilen Kreis B1 in den Zustand zu versetzen, bei dem ein Ausgangssignal dem Richtungsschalter G1 zugeführt wird. Dieser Richtungsschalter G1 wird durch die w 090-Wellenform gesteuert, die zu diesem Zeitpunkt ins Negative geht (s. F i g. 3), so daß das Signal über den zweiten (unteren) seiner beiden Ausgänge der Matrize M zugeführt wird, welche Einstellimpulse den Eingängen für den Zustand »0« einer jeden der vier Digitalspeichervorrichtungen 2°, 2¹, 2², 2³ zuführt, um die genaue absolute Stellungsanzeige von 0000 zu geben, da sich das Werkzeug nunmehr in die erste Unterteilung oder Zone 0 der sechzehn Unterteilungen 0, 1 ... 15 eines jeden in dieser Ausführungsform vorgesehenen Rasterzyklus bewegt hat. Wenn andererseits sich das Werkzeug rückwärts bewegt hätte, würde der Null-Detektor ZD1, obgleich die w 000-Wellenform durch Null gegangen wäre, einen ins Negative gehenden Impuls an seiner unteren Ausgangsleitung abgeben, um die erste bistabile Schaltung B1 in den entgegengesetzten Zustand zu versetzen und dadurch ihren zweiten Ausgang zu erregen -und ein Signal dem Richtungsschalter G 2 zuzuführen. Da die w090-Wellenform noch negativ ist, würde dieser Schalter das Ausgangssignal seiner unteren Ausgangsleitung zuleiten, so daß die Erregung der Verschlüsslermatrize M Einstellimpulse bewirkt, die mit dem »1«-Eingang eines jeden der vier Digitalspeicher 2°, 2¹, 2², 2³ zugeführt werden. Die Einstelldarstellung 1111 der letzteren zeigt demgemäß genau an, daß das Werkzeug sich in der letzten Zone 15 der sechzehn Unterteilungen eines Rasterzyklus befindet.

Auf die zugeordneten, bedeutenderen Digitalabschnitte des zugeordneten Haupt-Binarverschlüsslers braucht nur für mögliche Wiedereinstellungen in solchen Zeitpunkten Bezug genommen zu werden, wenn die am wenigsten bedeutenden vier Digitalspeichervorrichtungen entweder auf die Darstellung 0000 oder 1111 eingestellt sind, so daß die entsprechenden Kanäle dieses Hauptverschlüsslers eine solche Stellung gegenüber der Rasterung einnehmen können,

daß die entsprechenden Kontaktbürsten oder optischen Abtastvorrichtungen eine Stellung etwa in der Mitte der Länge einer jeden kleinsten Codeabschnittslänge des am wenigsten bedeutsamen Kanals eines solchen Hauptverschlüsslers einnimmt.

Um eine genaue Einstellung der bedeutenderen Digital-Anzeigestufen vorzusehen, die dem Hauptverschlüssler zugeordnet sind, wird dieser mit zwei Kommutatorsätzen oder einer äquivalenten Einrichtung zur Ablesung von zwei Stellungen, bzw. Bürstenstellungen, wie schematisch bei A, B in Fig. 11 gezeigt ist, versehen. Diese werden um einen Abstand voneinander versetzt, der gleich der Bewegung über einen Zyklus der Rasterung ist. Derartige alternative Stellungen werden dann wahlweise in Übereinstimmung mit der Abgabe von Ausgangssignalen verwendet, die von der Verschlüsslermatrize M den Leitungen α oder b entsprechend den diesbezüglichen Einstellungen der vier (am wenigsten bedeutenden) Digitalzählerstufen 2°, 2¹, 2², 2³ zu den 1111- und 0000-Zuständen zugeführt werden.

Ein vollständiges Werkzeugsteuersystem ist in einen Blockschema in Fig. 12 gezeigt. Die Ausgänge voi der Rasterung GR und den weiteren Verschlüsslerab schnitten ME, die jeweils mit dem beweglichen Werk zeug 10 mechanisch gekuppelt sind, werden in einei Digitalspeichers geleitet, dessen entsprechende Ab schnitte mit einer eingestellten Null-Einheit S U ge kuppelt sind, die eine Reihe von Halbaddierern aufweist, die jede besondere Ablesung des Speichers au.

Kommando auf Null bringt, um die Werkzeugbezugsstellung mit der Umwandlernullstellung in Über einstimmung zu bringen. Signale von der eingestellter Nulleinheit SU werden dem einen Eingang einer Ver gleichsschaltung CC zugeführt, deren gegenüberliegender Eingang mit einer Kommandoinformatior in Digitalform gespeist wird, die eine erforderliche Werkzeugstellung darstellt, um dadurch ein Fehlersignal zur Steuerung der Erregung des Motors 14 zu entwickeln und eine Bewegung des Werkzeugs IC und des gekuppelten Verschlüsslerteiles zu bewirken.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Ubertragungsanordnung für eine zahlenmäßige Stellungsanzeige eines beweglichen Gegen-Standes entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn unter Verwendung einer optischen Rasterung einerseits und zugeordneter photoelektrischer Ablesevorrichtungen andererseits, die in Abhängigkeit in der Bewegung des Gegenstandes gegeneinander beweglich sind und Signale entsprechend der Relativbewegung erzeugen, gekennzeichnet durch Einrichtungen (RPN), die von einem die' Rasterung (Gi?) und Ablesevorrichtungen (17) enthaltenden Verschlüssler eine Mehrzahl von zyklisch wechselnden elektrischen Signalen (wOOO, wO18, wl80; wOOO, wO221/2 ... w 1571/2) ableiten, die jeweils eine Form aufweisen, bei der ein Zykluswechsel der Bewegung des Gegenstandes (10) um die Länge einer Rasterteilung entspricht und die zueinander derart phasenverschoben sind, daß die Durchgangszeitpunkte der entsprechenden Signale durch eine gegebene Amplitudenbezugsebene verschiedenen Verschiebestellungen des beweglichen Gegenstandes (10) entsprechen, welche gleiche Abstände über eine Teilung der Rasterung aufweisen, wobei eine Vorrichtung (ZDl ... ZDlO — Fig. 1; ZDl ... ZD8 — Fig. 10) zur gesonderten Feststellung des Zeitpunktes, bei dem jedes der Signale die Bezugsebene passiert, und der Richtung, in der die Änderung stattfindet sowie ein Digitalzähler oder Informationsspeicher (Fig. 5; Fig. 10) vorgesehen sind, der durch die Vorrichtungen (ZD 1 ... ZDlO — Fig. 1; ZDl ... ZD8 — Fig. 10) zur Feststellung des Durchgangszeitpunktes und der Richtung der Signale gesteuert ist, um fortlaufend die Unterteilungen oder Zonen irgendeiner Rasterteilung, in der sich der Gegenstand (10) befindet, zu registrieren.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklisch wechselnden elektrischen Signale (wOOO, wO18, wl80; wOOO, wO22 1/2 ... w 157 1/2) eine sinusförmige Wellenform haben.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenbezugsebene die Ebene mit der Amplitude Null eines jeden Signals (wOOO ... wl80, w 1571/2) ist und zur Feststellung des Signaldurchganges durch diese Ebene Nulldetektor-Vorrichtungen (ZD 1 ... ZDlO — Fig. 1; ZDl- ZD8 — Fig. 10) vorgesehen sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der zyklisch wechselnden elektrischen Signale (wOOO ... wO18 ... w 180) von-einer kleineren Anzahl von Signalen (wOOO, wO90, wl80) abgeleitet ist, von denen jedes durch direkt von der Rasterung (GR) gesteuerte Einrichtungen (16, 17) erzeugt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von der Rasterung (GR) direkt drei wechselnde Signale (w000, wO9O, wl80) abgeleitet sind, die zueinander eine Phasenbeziehung von 0, 90 und 180° aufweisen.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes direkt abgeleitete Signal (wOOO, w090, w 180) durch einen unabhängigen, fotoelektrischen Ablesekopf (17) erzeugt wird, der der Rasterung (GR) zugeordnet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes direkt abgeleitete Signal (wOOO, w090, wl80) einer Widerstands-Potentiometerschaltung (RPN) mit Abgriffspunkten zugeführt wird, an denen die erforderliche Mehrzahl zyklisch wechselnder Signale (wO18 ... wl80) als phasenverschobene Wellenformen abnehmbar ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bezugsebene feststellenden und auch die Richtung wahrnehmenden Vorrichtungen (ZDl ... ZDlO — Fig. 1; ZDl — ZD8 — Fig. 10) eine Vielzahl von Schmittschen Triggerschaltungen aufweisen,

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Koinzidenz-Torschaltungen (NG 11 bis NG36) zur wahlweisen überprüfung verschiedener Paare von Ausgangssignalen (wA bis wK) von den die Bezugsebene und die Richtung feststellenden Vorrichtungen (ZDl ... ZDlO — Fig. 1) vorgesehen sind, um jede der verschiedenen Unterteilungen oder Zonen innerhalb jeder Rasterteilung festzustellen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang jeder Torschaltung (JVGIl bis JVG 36) die Wiedergabe einer entsprechenden Ziffer an einer visuellen Anzeigevorrichtung (/1, 72) steuert.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Verschlüssler (El bis £3) und Entschlüssler (DR 1 bis DR3) mit dem beweglichen Gegenstand (10) gekuppelt sind und weitere numerische Anzeigen in Ausdrücken eines Vielfachen des Teilungsmaßes der Rasterung. (GR) liefern.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Verschlüssler (£1 bis £3) und Entschlüssler (DRl bis DR3) zwei getrennte Systeme (Rl bis R5; Rl¹ bis R5^l; 30, 31) aufweisen, von denen eines seinen Zählzustand vor und das andere seinen Zählzustand nach dem Augenblick des Durchgangs des beweglichen Gegenstandes von einer Teilung der Rasterung zur nächsten ändert.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Systeme (Rl bis R5; .Rl¹ bis R5^l; 30, 31) dadurch wirksam oder unwirksam gemacht werden, daß von den Entschlüsslern/Verschlüsslern (£1, £2; DR, DRl, DR2) der nächstgeringeren Ziffernbedeutung abgeleitete Signale zugeführt werden, wodurch eine Übertragung von einem System auf das andere jeweils in dem Augenblick bewirkt wird, wenn der bewegliche Gegenstand (10) sich von einer Rasterteilung zur nächsten bewegt.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Verschlüssler (£1 bis £3) eine Vielzahl von Schaltern (19, 21) aufweisen, die durch einen mit dem beweglichen Gegenstand (10) gekuppelten Nocken (18, 20) betätigbar sind.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Entschlüssler (£1, El, £3) eine Vielzahl von Relais (Rl bis R5; RY bis R5^l) aufweisen, die jeweils von einem der

nockenbetätigten Schalter (19, 21) gesteuert werden.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dezimal-Zahlenanzeige (/1 bis 15} vorgesehen ist.

17. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Binär-Zahlen-Anzeigen vorgesehen sind und die weiteren Verschlüssler (£1 bis £3) und Entschlüssler {DR1 bis DR3) einen Vielfach-, Binär-Zahlenkanal oder Rasterung (M) und alternativ arbeitende Ablesevorrichtungen (A, B) aufweisen, von denen eine vor und die andere hinter der Stellung angeordnet ist, an der die Wechsel in dem weiteren Kanal oder der Rasterung mit dem Zeitpunkt des Durchganges des beweglichen Gegenstandes von einer Teilung der ersten optischen Rasterung zur nächsten zusammenfallen.