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Anordnung zum Einstellen von Winkellagen Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zum Einstellen von Winkellagen, insbesondere der Nullage zweier relativ
zueinander drehbeweglicher Objekte, unter Verwendung einer Nullmarkierung an einem
der Objekte und einer Abtasteinrichtung am gegenSiberliegenden Objekt, die beim
Überfahren der Nullmarkierung einen Impuls (Nullimpuis) abgibt, dessen Lage zur
Meßteilung eines an den genannten Objekten vorgesehenen Meßsystems absolut festgelegt
ist.
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Bei bekannten Anordnungen zur Winkeleinstellung ist neben der Zählspur
eines inkrementalen Meßsystems eine aus Strichgruppen zusammengesetzte Nullmarkierung
vorgesehent der eine Abtasteinrichtung vorgelagert ist, die beim Überfahren der
Nullmarkierung einen elektrischen Impuls (Nullimpuls) abgibt.
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Dieser Null impuls wird bei bekannten Anordnungen zug Reproduzieren
der Winkelstellung "Null" eines einzustellenden Objektes herangezogen, weil die
Lage des Nullimpulses zur Zählspur des inkrementalen Meßsystems absolut festgelegt
ist.
Nachteilig bei bekannten Winkeleinstellanordnungen mit einem
zur Einstellung der Nullage benutzten Nullimpuls ist, daß durch unvermeidbare Lagerungsfehler
der verdrehbaren Achse, z.B. Exzentrizitatsfehler, Verlagerungen der Nullposition
des einzustellenden Objektes auftreten können Aufgabe der Erfindung ist es daher,
die Nachteile solch bekannter Winkeleinstellanordnungen zu beheben und bei einer
Anordnung der eingangs genannten Art zu erreichen, daß Lagerungsfehler der verdrehbaren
Achse, mit der das einzustellende Objekt verbunden ist, keinen Einfluß auf die Soll-
bzw. Nullage eines einzustellenden Objektes eusüben können.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten
Art eroindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei iiber den Umfang der Meßteilung
verteilte Nullmarkierungen und ebenso viele Abtasteinrichtungen, wie Nullmarkierungen
vorhanden sind, vorgesehen sind und daß beim Einstellen auf die Soll- bzw. Nullage
des Objektes zwischen der Soll- bzw. Nullage und der Lage der Nullimpulse sich ergebende
Differenzwerte zusammen mit von Neßsystemen gelieferten Lagewerten zur Kompensation
von Lage rungs fehlern des mit der Drehachse verbundenen einzustellenden Objektes
herangezogen werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausfil.hrungsform der Erfindung sind zwei
Paare diametral einander gegenÜberliegende Nullmarkierungen
an
einem der Objekte vorgesehen, weil durch des Zusammenwirken dieser vier an den Nullmarkierungen
mittels der Abtasteinrichtungen erzeugten Null impulse sownhl Exzentrizitätsfehler
als auch Taumelfehler der Achse und des damit verbundenen einzustellenden Objektes
unwirksam gemacht werden können.
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In der Zeichnung sind schematisch Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es zeigt Figur 1 eine Anordnung zur Einstellung der absoluten Nulllage
eines Objektes gemaß der Erfindung, Figur 2 vergrößert eine Einzelheit aus Figur
1, Figur 3 stark vergrößert eine mögliche Nullmarkierung zum Erzeugen von Nullimpulsen,
Figur 4 einen Signalverlauf zu Figur 3, Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Anordnung zum Einstellen der absoluten Nullage eines Objektes.
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In Figur 1 sind auf einer verdrehbaren Scheibe 10 neben der Zahlepur
11 eines inkrementalen Meßsystems einander gleiche Nullmarkierungen 12, 121, 122,
123, 124, 125, zu 126, 127, 128, 129, 1210, 1211, 1212, 1213, 1214, 1215 vorgesehen.
Jede der Nullmarkierungen 12, 121, 122 bis 1215 besteht aus abwechselnd lichtdurchlänsigen
und lichtundurchlässigen Feldern, die z.B.
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gemäß Figur 3 in ungleichen Abständen aufeinanderfolgen können.
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Zur fehlerfreien Einstellung der Nullage eines mit der verdreht bar
gelagerten Achse 13 verbundenen Objekts (in der Zeichnung
nicht
dergestellt) werden in Figur 1 erfindungsgemäß vier Nullmarkierungen, und zwer die
Nullmerkierungen 12, 124, 128, 1212 herangezogen. Zur Abtastung der aus gleich großen
abwechselnd lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Feldern zusammengesetzten
Zbhlspur 11 und der Nullmerkierungen 12, 124, 128, 1212 der Scheibe 10 sind Abtasteinrichtungen
14, 144, 148, 1412 vorgesehen. Jede der Abtasteinrichtungen 14, 144, 148, 1412 enthält,
wie in Figur 2 anhand der Abtasteinrichtung 14 gezeigt ist, eine Abtestplatte 15,
deren Teilung 11t der Teilung der Zahlspur 11 und deren Teilung 12' z.B. der Teilung
der Nullmarkierung 12 entspricht. Zur Berücksichtigung der Bewegungsrichtung der
Scheibe 10 sind jedoch auf der Abtasplatte 15 zwei um 1/4 der Gitterkonstante gegeneinander
versetzte Teilungen 11' aufgebracht. Din Zähispur 11 und die Nullmarkierung 12 werden
mittels einer Lampe 16 itber einen Kondensor 17 beleuchtet.
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Die Lichtbündel durchsetzen die Gitterteilung 11/11' sowie 12/12'
und werden mittels Objektive 18, 19 und 20 auf die Lichteintrittsfläche nachgeschalteter
fotoelektronischer Bsuelemente 21, 22 und 23 konzentriert. Die von den Fotoelementen
21, 22 und 23 abgegebenen elektrischen Signale werden in Verstärkern 24, 25 und
26 verstärkt und in Impulsformerstufen (Schmitt-Triggern) 27, 28 und 29 in Rechtecksignale
umgeformt.
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Die in Figur 2 gezeigte Abtasteinrichtung 14 enthalt ferner einen
elektronischen Richtungsdiskriminator 30 bekannter Art, ilber dessen Ausgang 31
"Vorwärtimpulse" V und über dessen
Ausgang 32 "Rückwärtimpulse"
R unter Zwischenschaltung eines Antikoinzidenzgatters 34 an einen dekadischen Vor-Rüchwärtszähler
33 (Figur 1) bekannter Art abgegeben werden, dessen niedrigste Stelle nur vier Zählstufen
aufweist.
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Beim Verdrehen der Scheibe 10 relativ zur feststehenden Abtastplatte
15 wird z.B. an der Nullmarkierung 12/12' (Figur 3) ein Signal 5 (Figur 4) erzeugt,
des in der Nähe einer bestimmten gegenseitigen LPgezuordnung der Nullmarkierung
12/12' eine wesentlich steilere Änderung seines Betrages erfehrt, Rls in anderen
Lagezuordnungen. Weitere für die erfindungsgemäße Anordnung zweckmäßige Nullmarkierungen
der vorstehenden Art sind beschrieben in der eigenen unveröffentlichten deutschen
Patentanmeldung P 15 48 869.4.
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In Figur 2 wird durch das an der Nullmarkierung 12/12' abgeleitete
elektrische Signal S29 vorerst eine ganze Gruppe von vier aufeinanderfnlgenden Zählimpulsen
der von der Gitterspur 11/11' abgeleiteten elektrischen Signale S und S28 herausgegriffen.
Durch ein in der Abtasteinrichtung 14 vorgeeehenes Und-Tor 35 wird aus der Gruppe
von vier aufeinanderfolgenden Impulsen der Signalkurve S27 und S28 nur ein Impuls
herausgegriffen, der am Ausgang 36 des Und-!ores 35 auftritt und der in Figur 1
und Figur 2 Mit 10 bezeichnet ist.
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Die fotoelektrischen Abtasteinrichtung.n 14, 144, 148' 1412
steuern
durch Impulse iiber die Ausgänge 31/32, 314/324, 318/328, 3112/3212 dekadische Vor-Rüchwärtszähler
37, 3?4, 378, 3712, die weniger Stellen als der Zähler 33 aufweisen können.
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Die zur Einstellung der Nullage der Achse 13 bzw. des damit verbundenen
Objektes herangezogenen Nullmarkierungen 12, 124, 128, 1212 werden mittels eines
an der Achse 13 befestigten Schaltnockens 38 ausgewählt, der einen am feststehenden
Objekt vorgesehenen elektrischen Schalter 39 steuert.
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Vor der Inbetriebnahme der in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen
Anordnung sind folgende Justiervorgänge durchzuführen: Die an der Nullmarkierung
12, 124, 128, 1212 erzeugten Nullimpulse sowie der Schaltnocken 38 werden so justiert,
daß sie in unmittelbarer Nähe der Soll- bzw. Nullage des einzustellenden Objektes
wirksam sind. Der Schaltnocken 38 ist so lange wirksam, d.h. er betätigt so lange
den elektrischen Schalter 39, daß beim Einstellen auf die Soll- bzw. Nullage eines
Objektes mit Sicherheit sämtliche Lagen der zur Soll- bzw. Nulleinstellung herangezogenen
Nullimpulse erfsßt werden.
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Nach dem Justieren der Schaltnocke 38 wird die Scheibe 10 bzw.
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das mit der Achse 13 gekuppelte einzustellende Objekt, z.B.
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eine Richtantenne, in die gewilnachte Sollage, s.B. die geografische
Nordrichtung, gefahren, die im gezeigten Ausführungsbeispiel zur Nullage erklärt
werden soll. Danach werden durch Betätigen
eines elektrischen Schalters
40 sämtliche Zähler 33, 3?, 374, 378, 3712 genullt, was durch einen Impuls über
den Ausgang 42 eines Und-Tores 41 geschieht. Sodann wird die Scheibe 10 verdreht,
bis nacheinander alle an der Nullmarkierung 12, 124, 128, 1212 erzeugten Nullimpulse
Auftreten, was z.B. durch ein an die Leitung 36, 364, 368, 3612 angeklemmtes SpannungsmeßgerfHt
(in Figur 1 nicht dorgestellt) festgestellt werden kann. Die Zähler 37, 374, 378,
3712 werden dabei mit dem Ergebnis gestoppt, das beim Auftreten des dazugehörigen
Nullimpulses an deren Anzeigetableau aufscheint. Die so ermittelten Differenzwerte,
die aufgrund unterschiedlicher Logen der Nullimpulse zur Sollage des einzustellenden
Objektes unterschiedlich groß sein werden, werden vorerst festgehalten (z.B. aufnotiert)
und erst nach dem Uberfahren des letzten auftretenden Nullimpulses in die dazugehörigen
37, 374, 378, 3712 fest einprogrammiert, und zwar in der Form, daß beim Auftreten
dieses Wertes im Zähler 37, 374, 378, 3712 am Eingang des negationsgliedes 51, 514,
518, 5112 ein Impuls auftritt. Nach Abschluß vorstehender Justiervorgänge ist die
erfindungsgemäße Anordnung arbeitsbereit.
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Einstellungen auf die Nullage des Objektes müssen in Figur 1 immer
in der Drehrichtung erfr'lgen, in der auch die Justierung erfolgt ist. Beim Einstellen
der Nullage des mit der Achse 13 gekuppelten Objektes, z.3. einer Richtantenne,
muß vor Arbeitsbeginn der Schalter 40 betätigt werden, iiber dessen Ausgang 45 ein
Impuls an das Und-Por 41 abgegeben wird. Erst wenn beim Verdrehen der Scheibe 10
am Ausgang 46 des Schalters 39 ein Signal auftritt, dann werden über den Ausgang
42 des Und-Tores 41 die elektronischen
Zähler 33 sowie 37, 374,
378, 3712 auf Null gesetzt. Gleichzeitig wird durch einen Impuls iiber den Ausgang
42 des Und-Tores 41 ein Impuls an eine Steuereinrichtung 47 abgegeben, die den Antrieb
für die Achse 13 auf "Schleichgang" schaltet, so daß der Zähler 37, 374, 378, 3712
einwandfrei gesetzt werden kann. Durch einen Zeitschalter in der Steuereinrichtung
47 wird erreicht, daß nach dem Auftreten aller zur Nulleinstellung herangezogenen
Nullimpulse und Getzen der Zähler 37, 374, 378, 3712 der Antrieb für die Achse 13
und das damit verbundene einzustellende Objekt wieder auf Normalantrieb umgeschaltet
wird.
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Durch einen Impuls einer den Ausgang 46 des Schalters 39 wird ein
Impulsgenerator 48 bekannter Art in Tätigkeit gesezt, über dessen Ausgang 49 Impulse
an Und-Tore 50, 504, 508, 5012 abgegeben werden. Der Impulsgenerator 48, der eine
fest einprogrammierte Anzahl von Impulsen abgibt, schaltet sich nach Programmablauf
selbsttätig eb.
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Stimmen beim Auftreten der zur Nullageeinstellung herangezogenen Nullimpulse
die im Zähler 37, 374, 378, 3712 fest einprogrammierten Differenzwerte mit den im
Zähler 37, 374, 378, 3712 eingezählten Lagerwerten überein, dann wird über den Ausgang
52, 524, 528, 5212 des Negationsgliedes 51, 514, 518, 5112 kein Impuls an das Und-Tor
50, 504, 508, 5012 abgegeben. Stimmen beim Auftreten der Nullimpulse die im Zähler
37, 374, 378, 3712 fest einprogrammierten Differenzwerte nicht mit den im Zähler
37, 374, 378, 3712 eingezählten Lagerwerten überein (zu wenig eingezählte Impulse),
dann wird über den Ausgang 52, 524, 528, 5212 des Negationsgliedes 51, 514, 518,
5112 ein Impuls an das Und-Tor 50,
504, 508, 5012 abgegeben, an
dessen anderen Eingängen 36, 364, 368, 3612 und 49 die Nullimpulse und Impulse des
Impulsgenerators 48 anstehen. Über den Ausgang 54 544, 548, 5412 des Und-Tores 50,
504, 508, 5012 werden über Oder-Tor 55, 554, 558, 5512 Ziihlimpulse an den Zähler
3?, 374, 378, 3712 abgegeben, bis beim Nullimpuls der im Zähler 37, 374, 378, 3712
fest einprogrammierte Differenzwert mit dem im Zähler 37, 374, 378, 3712 eingezählten
Wert übereinstimmt. Die über den Ausgang 31', 314', 318', 3112' des Oder-Tores 55,
554, 558, 5512 abgegeben Impulse werden im Zähler 33 addiert. Das dem Zähler 33
vorgeschaltete Antikoinzidenzgstter 34 bekannter Art speichert ankommende Impulse
der einzelnen Abtastatellen und gibt sie zeitlich nach einander entweder über den
ausgang 60 an den "Vorwärtseingang" oder iiber den Ausgang 61 an den "Rückwärtseingang"
des Vor-Rückwärtszählers 33 ab.
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Nach Ablauf der Einzählvorgänge im Zähler 33, das ist nach Auftreten
des letzten zur Null einstellung herangezogenen Nullimpulses, muß die Scheibe 10
entgegen der vorherigen Einatellrichtung verdreht werden, bis am Anzeigetableau
des Zählers 33 in allen Stellen der Wert "Null" angezeigt wird. In dieser Lage,
die wieder der verlangten Soll- bzw. Nullage des einzustellenden Objektes entspricht,
muß auch die Summe der Zählerstände der Zähler 37, 374, 378, 3712 Null sein.
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Diese Soll- bzw. Nullage ist exakt reproduzierbar, weil s.B. in figur
1 durch das Zusammenwirken von vier über die Ausgänge 36, 364, 368, 3612 der Abtasteinrichtungen
14, 144, 148, 1412 abgegeben Nullimpulsen Exzentrizitätsfehler und auch Taumelfehler
der drehbaren Achse 13 keinen Einfluß auf die einzustellende
Soll-
bzw. Nullage des mit der Achse 13 gekuppelten Objektes ausüben können.
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Wenn beim Erreichen des Zählerstandes '2Null" am Zähler 33 die Summe
der Zählergebnisse der vier Zähler 37, 374,38, 3712 nicht Null ist, dann müssen
die Zähler 379 374, 378, 3712 sowie 33 durch Betätigen des Schalters 40 wieder genullt
und der Einstellvorgang in der oben beschriebenen Weise wiederholt werden.
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Die Ausgänge 54, 544, 548, 5412 des Und-Tores 50, 504, 508, 5012 werden
auch einem Oder-Tor 63 zugeführt, über dessen Ausgang 64 eine Warnlampe 65 gesteuert
wird. Die Warnlampe 65 leuchtet auf, wenn beim Prüfimpuls an einem der Zähler 37
oder 374 oder 378 oder 3712 der darin fest einprogrammierte Differenzwert nicht
mit dem beim Einstellvorgang eingezählten Wert übereinstimmt, also ein Fehler vorliegt.
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Die übrigen auf der Scheibe 10 vorgesehenen Nullmarkierung 121, 122,
123 usw. können beispielsweise zur Grobeinstellung von Winkellagen eines mit der
Achse 13 verbundenen Objektes oder auch sur Fehlersicherung herangezogen werden.
Zur Einstellung solcher Winkellagen kann z.B. der Ausgang 3612 der Abtasteinrichtung
1412 zusammen mit dem Ausgang 46 des Schalters 39 einer in der Steuereinrichtung
47 eingebauten Logikschaltung zugeführt werden, die Über den Ausgang 70 der Steuereinrichtung
47 nur dann z.B. einen "Stoppimpuls" an den Antrieb für die Winkeleinr stellanordnung
abgibt, wenn beim Auftreten eines Nullimpulses kein Signal im Ausgang 46 des Schalters
39 ansteht.
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Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausflhrungsform der erfindungsgemäßen
Winkeleinstellanordnung, deren Aufbnu und Wirkungsweise teilweise der in Figur 1
bis 4 gezeigten Anordnung entspricht.
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In Figur 5 wird ein mit der achse 13 gekuppeltes einzustellendes Objekt
in die Soll- bzw. Nullage gefahren, die reproduziert werden soll. Dann werden duale
Vor-Rückwärtszähler 80, 804, 808, 8012 von Rand genulltt Das mit der Achse 17 gekuppelte
einzustellende Objekt, das z.B. eine Richtantenne sein kann, wird daraufhin so weit
verdreht, daß mit Sicherheit jeder Pn der Nullmarkierung 12, 124, 128, 1212 erzeugte
Null impuls auftritt.
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Dabei wird der Zähler 80, 804, 808, 8012 mit dem Ergebnis festgehalten,
das beim Überfahren der dazugehörigen Nullmarkierung 12, 124, 128, 1212 auftritt.
Das Auftreten der zur Nulleinstellung benutzten Nullimpulse kann z.B. durch eine
LPmpe 85, 854, 858, 8512 im Zähler 80, 804, 808, 8012 angezeigt werden. Die Lampe
85, 854, 858, 8512 wird durch einen Impuls iiber den ausgang 86, 864, 868, 8612
eines Und-Tores 87, 874, 878, 8712 gesteuert. Den Eingängen des Und-Tores 87, 874,
878, 8712 wird einer die Leitung 36, 364, 368, 3612 der Nullimpuis und über die
Leitung 46 ein Impuls zugefiihrt, der beim Betätigen des Schalters 39 auftritt.
Die bei den Nullimpulsen ermittelten dualen Zählergebnisse können durch Lämpchen
angezeigt werden, die sich in Vorwahl-Drucktasten 81, 814, 818, 8112 befinden können.
Das Aufleuchten dieser Lämpchen p den Drucktasten 81, 814, 818, 8112 bedeutet, daß
der Wert der betreffenden Dualstelle "1" beträgt. Die angezeigten Werte, @@@e e
aufgrund unterschiedlicher Lagen der Nullimpulse unterschiedlich sein werden, werden
bei erneutem Anfahren der Sollage beim
Auftreten der einzelnen
Nullimpulse in den dazugehörigen Zähler 80, 804, 808, 8012 eingegeben. Beim Einstellen
auf die Soll- bzw. Nullage werden die Zählergebnisse iiber den Ausgang 90, 904,
908, 9012 der Zähler 80, 804, 808, 8012 in einet dualen Paralleladdierer 91 bekannter
Art eingegeben.
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Der im Paralleladdierer 91 gebildete Summenwert kann on einer mit
Indikatorlämpchen ausgestattetten Baueinheit 92 in dualer Form angezeigt werden.
Nech Auftreten des letzten zur Nulleinstellung herangezogenen Null impulses wird
die Scheibe 10 entgegen der vorherigen Einstellrichtung verdreht, bis an der Anzeigeeinheit
92 keines der Indikatorlämpchen aufleuchtet, also bis der in dualer Form angezeigte
Wert "Null" erreicht ist. Beim Erreichen der "Null" in der Anzeigeeinheit 92 muß
auch die Summe der in dualer Form angezeigten Zählergebnisse der Zähler 80, 804,
808, 8012 "Null" sein. Ist letzteres der Fall, dann ist die gewünschte Soll- bzw.
Nullage des einzustellenden Objektes wieder erreicht. Mit der erfindungsgemäßen
Anordnung können also eine oder mehrere Sollagen eines einzustellenden Objektes
reproduzierbar festgelegt werden , weil Lagerungsfehler der Achse 13 keinen Einfluß
auf die einzustellende Lage ausüben können.
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Der dekadische Vor-Rückwärtszähler 33, der in Figur 5 z.B. nur von
Impulsen der abtateinrichtung 144 gesteuert wird soll Win kellagen des mit der Achse
13 gekuppelten Objektes anzeigen.
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Die übrigen auf der Scheibe 10 angebrachhten Nullmarkierungen 121,
122, 123 usw. können wie in Figur 1 zur Grobeinstellung von Winkeln oder auch zur
Fehlersicherung herangezogen werden.
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Bei der Fehlersicherung wird beim Auftreten eines Nullimpulses der
Ist-Zählerstand mit dem an dieser Stelle festliegenden Soll-Zählerstand verglichen.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten fotoelektrischen Gitterabtanteinrichtungen
beschränkt, sondern es können selbstverständlich auch kapazitiv, induktiv, magnetisch
arbeitende Gitterabtasteinrichtungen oder dgl. bei der erfindungsgemäßen Winkeleinstellanordnung
benutzt werden.