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Es ist bekannt, daß ein stillstehendes oder ein in einer Richtung
bewegtes mechanisches Bauteil, dessen relative Bewegung im Hinblick auf eine Bezugsmarke
gemessen werden soll, zusätzlich leichte Schwingbewegungen ausführen kann, die durch
äußere Einflüsse bedingt sind und beispielsweise von der Bewegung eines in der Nähe
der Meßeinrichtung befindlichen Maschinenteils herrühren. Diese Schwingbewegungen
können bewirken, daß eine zusätzliche Relativbewegung zwischen einer mit dem zu
messenden Bauteil verbundenen Maßverkörperung und einem Abtastkopf auftritt, und
zwar in entgegengesetzten Richtungen. Fallen die dabei erzeugten elektrischen Zählimpulse
bereits an, wenn der dem Abtastkopf nachgeschaltete Zähler die einer Schwingrichtung
zugeordneten Impulse noch nicht voll aufgenommen hat, so wird der Zähler nicht umgesteuert,
woraus eine Fehlzählung resultiert.
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Um solche Zählfehler zu vermeiden, muß die durch das Schwingen erzeugte
Anzahl von impulsen eliminiert werden. Es ist bekannt, zu diesem Zweck Zähler zu
verwenden, die auf unterschiedliche Impuls arten ansprechen und in Abhängigkeit
von der einen Impuls arzt in der einen Richtung, in Abhängigkeit von der anderen
Impulsart in der anderen Richtung zählen. Die Anwendung solcher Zähler in einer
Schaltungsanordnung, die mit bistabilen Baugruppen bestückt ist, welche ein Zählregister
bilden, hat aber einige Nachteile. Die bistabilen Baugruppen erfordern nämlich dann
eine komplizierte Schaltung.
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Um diese Schwierigkeit zu umgehen, wurde bei einer Schaltungsanordnung
zur Wegmessung, die mit einem einsinnig zählenden Impulszähler ausgerüstet ist,
diesem Zähler ein Gatter vorgeschaltet, das mit einer von den anfallenden Impulsen
gesteuerten Schaltungsanordnung gekoppelt ist, die bewirkt, daß das Gatter, dem
nur Impulse entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung zugeführt werden, ebenso
viele dieser Impulse unterdrückt wie Impulse aus der Bewegung in Gegenrichtung erzeugt
werden.
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Der dazu notwendige schaltungstechnische Aufwand ist jedoch relativ
hoch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Eliminieren
von Störimpulsen, die beim Abtasten einer Maßverkörperung anfallen, zu schaffen,
die einen Vor-Rückwärts-Zähler beeinflussen können. Dieser Anordnung fällt die Aufgabe
zu, dafür zu sorgen, daß Impulse umgekehrter Zählrichtung in den Zähler erst dann
Eingang finden, wenn der letzte Impuls den Zähler voll durchgesteuert hat.
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Gegenstand der Erfindung ist eine digitale Schaltungsanordnung zum
Eliminieren von Störimpulsen, die beim Abtasten einer Maßverkörperung anfallen und
die Funktion des dem Abtastkopf nachgeschalteten Vor-Rückwärts-Zählers beeinflussen
können.
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Diese Schaltungsanordnung ist gekennzeichnet durch eine derart getroffene
Kombination aus an sich bekannten digitalen Schaltmitteln, daß a) mindestens zwei
in Serie geschaltete Torstufen vorhanden sind, b) zwischen die Torstufen zwei monostabile
Multivibratorstufen geschaltet sind, deren Speicherzeiten größer sind als die Reversierzeit
des nachgeschalteten Zählers, c) die monostabilen Multivibratorstufen die zweiten
Eingänge der Torstufen steuern,
d) diese monostabilen Multivibratorstufen sich gegenseitig
sperren und die eine auf die positive Flanke, die andere auf die negative Flanke
eines Eingangsimpulses anspricht, e) die Ansprechzeiten der verwendeten Stufen untereinander
und auf die Impulsdauer der zu eliminierenden Störimpulse abgestimmt sind.
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Ausführungsbeispiele für die neue Anordnung sind nachfolgend an Hand
von Figuren beschrieben.
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In Fig. 1 ist eine Anordnung gezeigt, die einem Winkel- oder Längenschrittgeber20
bekannter Art nachgeschaltet ist. Diese Schrittgeber liefern bekanntlich zwei aus
der Abtastung einer Teilung herrührende Signale, die in ihrer gegenseitigen Phasenlage
vorzugsweise um 900 gegeneinander versetzt sind, so daß das eine Signal den Sinus,
das andere den Cosinus repräsentiert. Den beiden Ausgängen des Schrittgebers ist
je eine Impulsformerstufe 21, 22 nachgeschaltet. Der Ausgang der Impulsformerstufe
21 ist direkt an den einen Eingang 23" eines Vor-Rückwärts-Zählers 23 bekannter
und daher hier nicht mehr beschriebener Bauart gelegt. Der Impulsformerstufe 22
ist eine Inverterstufe 24 nachgeschaltet, deren Ausgang mit einem Eingang einer
NAND-Torstufe 25 verbunden ist. Der Ausgang dieser Stufe ist einmal mit dem Eingang
einer monostabilen Multivibratorstufe 26, zum anderen mit einem Eingang einer weiteren
NAND-Torstufe 27 verbunden.
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Diese Stufe 27 ihrerseits liegt mit ihrem Ausgang wiederum an dem
Eingang einer monostabilen Multivibratorstufe 28 sowie an einem Eingang einer NAND-Torstufe
29 an. Der Ausgang dieser Stufe 29 ist mit dem Eingang 23' des Zählers 23 verbunden.
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Die Ausgänge der Multivibratorstufen 26 bzw. 28 sind an Eingänge der
NAND-Torstufen27 bzw. 25 und 29 gelegt. Sie sind so gewählt, daß sie im Ruhezustand
auf L liegen, im geschalteten Zustand dagegen auf 0. Dies ist durch die nach oben
weisenden Pfeile in den Schaltblöcken versinnbildlicht.
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Die Pfeile an den Eingängen der Multivibratorstufen geben an, welche
Flanke eines einlaufenden Impulses die Stufe zum Kippen bringt. Es bedeutet der
gefüllte Pfeil, daß die Stufe von L nach 0 schaltet. Der offene Pfeil gibt an, daß
die Stufe von 0 nach L schaltet.
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Die Wirkungsweise der soweit beschriebenen Anordnung ist nachfolgend
an Hand zweier Impulspläne erläutert, von denen der eine Impulsplan (Fig.2) den
Durchlauf eines zu zählenden Impulses ohne gleichzeitiges Vorhandensein von Störimpulsen
zeigt, während der andere (F i g. 3) die Wirkung der neuen Anordnung beim Vorliegen
von Zähl- und Störimpulsen wiedergibt.
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In den Zeilen und e2 sind die beiden Signale dargestellt, die vom
Schrittgeber 20 geliefert werden.
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Gleichzeitig ist der jeweilige Hysteresebereich angedeutet, den die
nachgeschalteten Impulsformerstufen 21, 22 besitzen. An den Ausgängen dieser Stufen
stehen dann Signale an, wie sie in den Zeilen e1, und e2' gezeigt sind. Das Signal
e2' gelangt direkt an den Eingang 23" des Zählers 23. Das Signal e1, am Ausgang
der Impulsformerstufe 22 wird nunmehr nach einer Inversion durch den Inverter 24
der Torstufe 25 zugeführt und hat nach Durchlaufen derselben das in Zeile d gezeigte
Aussehen. Die Multivibratorstufe 26 wird durch die L-0-Flanke des Impulses angestoßen
und kippt für eine Zeit, die größer bemessen ist als die Reversierzeit des Zählers
23,
woraus sich ein Impuls nach Zeile j ergibt. Dieser Impuls steuert die mit einem
Signal nach Zeile d belegte Torstufe 27. Daraus resultiert dann das in Zeile g gezeigte
Signal, das dem Signal der Zeile d mit umgekehrtem Vorzeichen entspricht. Da die
Multivibratorstufe 28 ebenfalls auf L-0-Flanke anspricht, wird sie durch die Vorderflanke
des Signals nach Zeile g gekippt, und es steht an ihrem Ausgang ein Signal nach
Zeile h an. Dieses Signal wird einmal zusammen mit dem Signal nach Zeile g der Torstufe
29 zugeführt, die ein Signal nach Zeile k, das dem Eingangssignale,' entspricht,
an den Zählereingang 23' liefert. Zum anderen aber wird dieses Signal auf den Eingang
der Torstufe 25 zurückgeführt und bewirkt dort die Sperrung des Eingangs zur Multivibratorstufe
26 so lange, bis das Ausgangssignal der Torstufe 29 mit Sicherheit an den Zähler
23 gelangt und von diesem verarbeitet worden ist. Von den beiden Multivibratorstufen
reagiert also die eine auf eine L-0-Flanke, die andere auf eine 0-L-Flanke des einlaufenden
Impulses e et'. Diese beiden Stufen sperren sich gegenseitig jeweils für die Kippdauer,
die, wie bereits oben gesagt, so bemessen ist, daß sie größer als die Reversierzeit
des Zählers 23 ist. So ist sichergestelt, daß die Verarbeitung eines in den Zähler
eingelaufenen Impulsse nicht gestört wird.
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In Fig.3 ist ein Impulsplan gezeigt, der die Wirkungsweise der neuen
Anordnung bei Vorliegen einer Störamplitude veranschaulicht. Hier entsprechen die
Zeilen el, e2, et' und e2, dem in F i g. 2 Gezeigten. Zusätzlich sei nun das Ausgangssignal
e1 des Schrittgebers 20 mit einer Störamplitude überlagert, die stark vergrößert
für den Bereich A-B des Signals e1 in der Zeile m dargestellt ist. Daraus resultiert
nach dem Durchlaufen der Impulsformerstufe 22 ein Signal, wie es in der Zeile n
gezeigt ist.
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Dieses Signal durchläuft die Anordnung in der bei Fig.2 bereits beschriebenen
Weise, und an den Ausgängen der einzelnen Stufen fallen die Signale der Zeilen o
bis s an. Wie man sieht, hat die Anordnung alle die Störsignale eliminiert bzw.
umgeformt, deren Dauer kürzer als die Reversierzeit des Zählers ist und die daher
zu Falschzählungen desselben führen könnten. Auf diese Weise ist sichergestellt,
daß auch den Zähler erreichende Störimpulse von diesem ordnungsgemäß verarbeitet
werden. Da überlagerte Störschwingungen gleich viel positiv zu zählende wie negativ
zu zählende Impulse erzeugen, wird bei Anwendung der neuen Anordnung das eigentliche
Meßergebnis nicht gestört.
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Die neue Anordnung läßt sich auch mit anderen als den in Fig. 1 gezeigten
NAND-Torstufen realisieren, wie die in den F i g. 4 a bis 6b dargestellten Ausführungsbeispiele
zeigen.
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In F i g. 4 a ist ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung von AND-Torstufen
gezeigt. Einer AND-Torstufe 425, der ein Inverter 424 vorgeschaltet ist, ist über
eine Inverterstufe 424' eine AND-Torstufe 427 und eine monostabile von 0 nach L
schaltende Multivibratorstufe 426 nachgeschaltet, die die Torstufe 427 steuert.
Der Ausgang der Torstufe 427 ist über eine Inverterstufe 424" mit einem Eingang
einer weiteren Torstufe429 sowie mit dem Eingang einer monostabilen von 0 nach L
schaltenden Multivibratorstufe 428 verbunden, die ihrerseits die Torstufe 429 steuert.
Dieser Torstufe ist ein Inverter 424"' nachgeschaltet.
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Statt der den Torstufen 425, 427 und 429 vorgeschalteten Inverterstufen
424 bis 424" kann man auch, wie in F i g. 4 b gezeigt ist, Torstufen 425', 427'
und 429' mit einem invertierenden Eingang verwenden.
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F i g. 5 zeigt die Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung unter
Anwendung von OR-Torstufen. Das einlaufende Signal e1, wird einer OR-Torstufe525
zugeführt, deren Ausgang mit einem Eingang einer OR-Torstufe 527 verbunden ist sowie
mit einer von L nach 0 schaltenden monostabilen Multivibratorstufe 526, die ihrerseits
die Torstufe 527 steuert. Die Eingänge dieser Torstufe invertieren die an ihnen
anliegenden Signale. Der Torstufe527 ist eine von L nach 0 schaltende monostabile
Multivibratorstufe 528 sowie eine OR-Torstufe 529 mit einem invertierenden Eingang
nachgeschaltet. Die Multivibratorstufe 528 liegt mit ihrem Ausgang an der Torstufe
529 an. Außerdem steuert sie die OR-Torstufe 525.
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In den Fig. 6 a und 6b ist die Anwendung von NOR-Stufen beim Erfindungsgegenstand
gezeigt. In F i g. 6 a wird das von der Impulsformerstufe 22 gelieferte Signal e1,
einer NOR-Torstufe 625 zugeleitet.
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Diese ist mit einem Eingang einer NOR-Torstufe 627 sowie über eine
Inverterstufe 631 mit dem Eingang einer von L nach 0 schaltenden monostabilen Multivibratorstufe
626 verbunden, deren L-Ausgang über eine Inverterstufe 632 am Eingang der Torstufe
627 liegt. Dieser ist eine NOR-Torstufe 629 direkt, eine von L nach 0 kippende monostabile
Multivibratorstufe628 über eine Inverterstufe 634 nachgeschaltet, deren Nullausgang
sowohl mit einem Eingang der Torstufe 629 als auch einem Eingang der Torstufe 625
verbunden ist. Der Torstufe 629 ist eine Inverterstufe 635 nachgeschaltet.
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Eine Abwandlung des Beschriebenen ist in F i g. 6 b gezeigt. Hier
liegt das Eingangssignal wiederum am Eingang einer NOR-Torstufe 625, der eine NOR-Torstufe
627' sowie eine von 0 nach L schaltende mono stabile Multivibratorstufe 636 nachgeschaltet
ist, die mit ihrem Ausgang an einem invertierenden Eingang der Torstufe 627' anliegt.
Dieser Torstufe 627' ist eine NOR-Torstufe mit anschließendem Inverter 635 sowie
eine von 0 nach L schaltende monostabile Multivibratorstufe 638 nachgeschaltet,
die die Torstufen 625' und 629 steuert.
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Eine weitere Ausführungsform für die neue Anordnung ist in Fig. 7
dargestellt. Hier ist der im Zusammenhang mit F i g. 1 bereits beschriebenen Impulsformerstufe
22 eine NAND-Torstufe 725 nachgeschaltet, die mit einem Eingang einer NAND-Torstufe
727 und dem Eingang einer von L nach 0 schaltenden monostabilen Multivibratorstufe
726 verbunden ist. Der Ausgang dieser Multivibratorstufe ist an den Eingang einer
NAND-Torstufe 740 gelegt, deren zweiter Eingang mit dem Signale9' gespeist wird.
Diese Torstufe ist an den einer 7ählricbtnng zugeordneten Eingang des nachgeschalteten
Vor-Rückwärts-Zählers gelegt. Der L-Ausgang des Multivibrators 726 steuert die Torstufe
727. Eine entsprechende monostabile Multivibratorstufe 728 ist dieser Torstufe 727
nachgeschaltet. Diese Multivibratorstufe steuert mit ihrem L-Ausgang die Torstufe
725, während ihr Ausgang zusammen mit dem Signal e2' an den Eingängen einer NAND-Torstufe
741 liegen, die an den der anderen Zählrichtung des Vor-Rückwärts-Zählers zugeordneten
Eingang angeschlossen ist.