DE1950881A1

DE1950881A1 - Vorrichtung zur Fehlerkorrektur in Positioniersystemen

Info

Publication number: DE1950881A1
Application number: DE19691950881
Authority: DE
Inventors: Toscano Esteban J
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1968-10-25
Filing date: 1969-10-09
Publication date: 1970-05-06
Also published as: FR2021535A1; US3585376A; GB1224276A

Description

19508Θ1

Anmelderin; Stuttgart, den 6. Oktober 1969

Hughes Aircraft Company P 20J6 S/kg Oentinela and Teale Street
Culver City, Calif,, V.St.A.

Vorrichtung zur Fehlerkorrektur in Positioniersystemen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Fehlerkorrektur in Positioniersystemen, bei denen Zählimpulse · einem Zähler zugeführt werden und der Zählerstand die Stellung eines beweglichen Teiles längs eines bestimmten V/eges angibt.

Viele Einrichtungen, wie beispielsweise Werkzeugmaschinen, wöisen Verschiebungsmeßsysteme auf, die von einer Impulszähltechnik Gebrauch machen, um eine Verschiebung,längs

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einer Achse zu bestimmen. Die Bewegung längs der Achse kann dabei beispielsweise anhand der Drehung eines Zugspindelantriebes gemessen werden· Ebenso kann die Umdrehung eines Antriebszahnrades von Zahnrad-?ahnstangen-Antrieben zur Mesaung der Verschiebung verwendet werden. Solche Meßsysteme haben gewisse typische Fehler, die auf Linearitätsfehler des Positioniergliedes der Positioniereinrichtung zurückzuführen sind, beispielsweise auf Fehler der Zugspindel oder der Zahnstange, die auch als Meßglieder bezeichnet werden können*.Solche Linearitätsfehler können eine:, tatsächliche Verschiebung bewirken, die gewöhnlich entweder durchweg größer oder durchweg kleiner ist als die von dem Meßsystem festgestellte Verschiebung. Die tatsächliche Verschiebung kann auch längs des Meßgliedes von einem zu kleinen zu einem zu großen Wert oder umgekehrt wechseln.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um diese Fehler zu vermindern, damit die von dem Gesamtsystem geforderten Toleranzen eingehalten werden. Eine offensichtliche Möglichkeit besteht darin, enge Toleranzen von den Teilen des Meßsystemes zu fordern, insbesondere von dem Meßglied, damit der Fehler des Gesamtsystems in annehmbaren Grenzen bleibt. Hierdurch werden jedoch die Kosten des Gesamtsystems erhöht, weil eine genauere Bearbeitung der Teile erforderlich ist. Bei vielen Anwendungen schalten V/irtschaftlichkeitsbetrachtungen die Anwendung von Präzisionsteilen aus. Ein anderer Gesichtspunkt ist der, daß beim Gebrauch einer bestimmten Maschine die Teile einem

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Verschleiß unterliegen und dadurch Fehler in das Meßsystem einführen. Wenn eine hohe Präzision erfordert wird, können Fehler» die durch abgenützte oder nicht ausreichend genaue Teile eingeführt werden, durch eine Vorrichtung kompensiert werden, die von den Lehren der. Erfindung.Gebrauch macht.

Die Erfindung besteht darin, daß an bestimmten Stellen des Weges des beweglichen Teiles, an denen eine Korrektur erforderlich ist, ein Korrekturindikator angeordnet ist, auf den eine Detektoreinrichtung anspricht und ein Korrektursignal erzeugt, und daß eine Schaltungsanordnung das Korrektursignal empfängt und in Abhängigkeit von dem Korrektursignal einen Korrekturimpuls bildet, der dem Zähler zur Berichtigung des Zählerstandes zugeführt wird.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Fehler- " korrektur geschaffen, die auf eine bestimmte Maschine nach deren Herstellung abgestimmt werden kann. Hierdurch werden die Kosten für diese Llaschine reduziert, weil größdre Toleranzen bei der Herstellung der Maschine zulässig sind, insbesondere bei der Herstellung des Meßgliedes der Positioniereinrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch so ausgebildet werden, daß sie eine lieukälibrierung des ICeßsystemes erlaubt, nachdem die Positioniereinrichtung infolge des Gebrauches eine Abnützung erfahren hat. Auf diese Weise kann die Lebensdauer einer Laschine verlängert werden, ohne daß der Ersatz von 2eilen erforderlich wäre. '

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Mehr im einzelnen wird das gewünschte Resultat dadurch erzielt, daß längs des Weges des beweglichen Teiles die Stellen "bestimmt werden, an denen Korrekturen vorzunehmen s;Lnd, und daß an diesen Stellen eine Fehleranzeige eingerichtet wird, die bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung "zwei benachbarte Detektoren erregt, die'sich zeitlich überlappende Signale' erzeugen, die einer geeigneten Korrekturschaltung zugeführt werden. Die Korrekturschaltung verwendet die Folge, in der die Signale erscheinen,-zum Bestimmen der Bewegungsrichtung des beweglichen Teiles und unterscheidet auf diese Weise den Bedarf an additiven oder subtraktiven Korrekturimpulsen.-Die Korrekturschaltung führt die Korrekturimpulse in den Zähler des Meßsystems zu einer Zeit ein, zu der er nicht das Zählen der normalen Meßimpulse stört, beispielsweise zu einer Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Meßimpulsen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. E3 zeigen

Fig. 1 das. Blockschaltbild einer Vorrichtung nach dei? . Erfindung in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Positioniereinrichtung,

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Pig. 2 eine schematische Darstellung eines Korrektürindikators in Verbindung mit einer Detektoreinrichtung, wie sie bei einer Vorrichtung nach der Erfindung verwendbar sind,

Pig· 3 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Fehlerkorrektur,

Fig. 4- das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Fehlerkorrektur und

Fig. 5 und. 6 Zeitdiagramme der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Signale.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein bewegliches Teil 1 auf, das beispielsweise der Tisch einer Werkzeugmaschine sein kann. Das bewegliche Teil kann· von einer Positioniereinrichtung längs eines geradlinigen Weges verstellt werden. Zu diesem Zweck weist die Positioniereinrichtung ein lineares Meßglied 2 auf, bei dem es sich beispielsweise um eine Zugspindel handelt, die von einem Motor M angetrieben wird, der von · einer geeigneten Motor-Steuerschaltung MO gesteuert wird. Die.Verschiebung des beweglichen Teiles 1 längs des Bewogungsweges kann mit Hilfe eines geeigneten Wandersystems $ gesteuert werden, das mit dem linearen Meßglied 2 gekoppelt ist und von diesem Meßglied gesteuert wird und seinerseits einem Bewegungsdetektor 4 Signale, zuführt. Der Bewegungsdetektor 4 ist so einge-

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richtet, daß er die Richtung der Bewegung des beweglichen Teiles Λ feststellt und entsprechend der Bewegungsrichtung des beweglichen Teiles 1 additive Meßimpulse P oder subtraktive Meßimpulse N erzeugt· Additive Impulse P werden einem Zähler 5 über ein ODER-Gatter 6 zugeführt und veranlassen den Zähler, seinen Stand um einen Zählwert zu erhöhen, um ein Bewegungsinkrement des beweglichen Teiles 1 in einer willkürlich als positiv gewählten Richtung anzuzeigen· Subtraktive Impulse N werden dem Zähler 5 über ein ODER-Gatter 7 zugeführt und veranlassen den Zähler, um einen Zählwert zurückzuzählen, um ein Bewegungsinkrement des bewegliehen Teiles 1 in der entgegengesetzten Richtung anzuzeigen. Zu jeder Zeit ist der Zählerstand des Zählers 5 eine Anzeige für die gegenwärtige Stellung des beweglichen Teiles 1 in Iiängsrichtung des linearen Meßgliedes 2. -

Als Zähler 5 kann Jeder geeignete Zähler Verwendung finden, der in der Lage ist, bei Vorliegen eines Zuges der einen Zählimpulse aufwärts und bei Vorliegen eines Zuges der anderen Zählimpulse abwärts zu zählen. Ein Typ eines geeigneten, auf- und abwärtszählenden Zählers ist in Fig. 24- der US-Patentschrift 3 34-3 dargestellt.

Solche Impulse wie P und W können von jedem System zur Anzeige der Inkremente der Bewegung eines Teiles in willkürlich gewählten positiven und negativen Richtungen erzeugt werden. Ein spezielles System zur Erzeugung solcher Impulse ist als Blockdiagramm in Fig.

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der US-Patentschrift $ 262 105 dargestellt. Spezielle Einzelheiten dieses Systems sind in anderen Figuren dieses Patentes gezeigt· Bei dieser Vorrichtung wird von einem einsinnigen Zähler Gebrauch gemacht, nämlich einem abwärtεzählenden Zähler inr Unterschied zu einem in zwei Richtungen zahlenden Zähler. Bei einer solchen Anordnung wird der für eine gewünschte Stellung charakteristische Zählerstand in den Zähler eingegeben und es werden die Impulse P oder N dazu benutzt, den Zählerstand auf Null zu -reduzieren. Die Positionierung beginnt, wenn der Zähler auf den gewünschten Stand gesetzt wird,,und ist beendet, wenn ein bestimmter Minimalstand des Zählers, einschließlich des Standes KuIl, erreicht ist.

Da ein geradliniges Meßglied, beispielsweise eine Schraube, eine Zahnstange oder dergleichen, ein Teil der Positioniereinrichtung ist, kann das lineare . lileliglieä einen geeigneten Aufnehmer eine direkte Anzeige der Stellung liefern und braucht nicht speziell auf die in den: US-Patent 3 262 105 dargestellte Form beschränkt zu sein. !Typische Aufnehmer umfassen Resolver, EiDUCTOSYK-Skalen, AOClJPIN-Auf-¹ nehiner, ortische Skalen, magnetische Skalen usw. Die elektrischen Ausgangssignale dieser Vorrichtungen können in eine numerische Zählung umgewandelt werden, die den hier behandelten Schaltungsanordnungen zugeführ-c werden kann.

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Die Lehren der US-Patentschrift 3 262 105 werden durch die Lehren der US-Patentschrift 3 353 161 ergänzt. Das in Fig. 2 dieser Patentschrift dargestellte System macht von einem einsinnigen Zähler PO Gebrauch, wie er in der US-Patentschrift 3 262 105 beschrieben ist, und steuert das Eingangssignal für den einsinnigen Zähler mit Hilfe eines kleinen ÜberlaufZählers, der zwei Flipflops FQ01 und FQ02 enthält. Der Überlaufzähler ist auf- und abwärtszählend. ODER-Gatter, wie die ODER-Gatter 6 und 7 nach Fig. 1 der beigefügten Zeichnung, können die Impulse P und N gemäß der US-Patentschrift 3 353 161 sowie die Impulse Pc und lic der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Gattern AG18 und AG17 nach Fig. 2 der US-Patentschrift 3 353 161 als Eingangssignale zuführen, um die Skalenfehlerkorrektur nach der Erfindung zu bewerkstelligen.

Benachbart zum beweglichen Teil 1 und parallel zur Achse des linearen Meßgliedes 2 ist ein Fehlerindikator angeordnet. Bei diesem Fehlerindikator 8 kann es sich um Nocken, Magnete, lichtundurchlässige Blenden oder um lichtreflektierendes Material handeln. Eine Detektoreinrichtung 9 ist an dem beweglichen Teil 1 angebracht und benachbart zum Fehlerindikator 8 angeordnet· Bei der Detektoreinrichtung' 9 kann es sich um nockenbetätigte Schalter, bei der Annäherung magnetisch ausgelöste Schalter, Photödetektoren mit einer zugeordneten Lichtquelle öder dergleichen handeln· Der Fehlerindikfetor liefert eine Anzeige an bestimmten Stellen längs der Achse des linearen Meßgliedes 2, an denen eine Korrektur*

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um einen Zählwert erforderlich ist. Die Detektoreinrichtung 9 liefert dann an diesen Stellen Fehlersignale.

Die Fehlersignale, die von der Detektoreinrichtung 9 geliefert werden, werden einer Korrekturschaltung 10 zugeführt, die so eingerichtet ist, daß sie die Bewegungsrichtung des beweglichen Teiles 1 feststellt und dementsprechend einen additiven Korrekturimpuls Pc oder einen subtraktiven Korrekturimpuls Nc erzeugt. Die Korrekturschaktung 10 ist weiterhin so eingerichtet, daß sie den additiven oder subtraktiven Korrekturimpuls über das ODER-G-atter 6 oder das ODER-Gatter 7 zu einer Zeit in den Zähler 5 eingibt, zu der der Korrekturimpuls die normale Zählung der Meßimpulse Pp oder Np nicht stört. Einzelheiten zweier Ausführungsformen der Korrekturschaltung 10 sind in den Fig. 5 und 4 dargestellt und werden später im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Fehlerindikator- und Detektoreinrichtung, wie sie zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet ist. Auf der Unterseite des Fehlerindikators 8 sind an Stellen, an denen eine vorbestimmte Fehlerkorrektur erforderlich ist, reflektierende Punkte 11 angebracht. Die Detektoreinrichtung 9 ist mit nebeneinander angeordneten Lichtdetektoren 12 versehen. Mit der Detektoreinrichtung 9 ist; eine Lichtquelle 15 mechanisch verbunden und so angeordnet, daß sie Lichtenergie liefert, die von den reflektierenden Punkten 11 auf die Lichtdetektoren 12 reflektiert wird. Die reflektierenden

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Punkte 11 sind von solcher Große in bezug auf die Stellung der Lichtdetektoren 12, daß sie eine Be-.leuchtung der Lichtdstektoren in einer unterscheidbaren Folge ermöglichen. Diese Eigenschaft wird mehr im einzelnen anhand der in Pig. 2 dargestellten Anordnung erläutert. ·

Fig. 2 zeigt eine andere Art einer Fehlerindikator- und Detektoreinrichtung, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung finden kann· Hier sind an dem beweglichen Teil 1 eine Lichtquelle 20 und zwei Lichtdetektoren 21 und 22 angebracht. Zwischen der Lichtquelle 20 und den beiden Lichtdetektoren 21 und 22 befindet sich eine Blende 23, die sich in einer festen Stellung in bezug auf das lineare Meßglied 2 befindet. Die Blende 25 weist an Stellen, an denen vorbestimmte Korrekturen erforderlich sind, öffnungen 23a auf· Diese Öffnungen haben in bezug auf die Stellung der beiden Lichtdetektoren 21 und 22 eine solche Größe, daß bei einer bestimmten Bewegungsrichtung der erste Lichtdetektor 21 beleuchtet wird, bevor den zweiten Lichtdetektor 22 Licht erreicht, dann beide Lichtdetektoren beleuchtet werden und endlich der erste Lichtdetektor ins Dunkle kommt, wahrend noch der zweite Lichtdetektor 22 beleuchtet wird. Der zweite Lichtdetektor 22 wird ebenfalls dunkel, bevor sich an einer anderen Korrekturöffnung der Vorgang wiederholt. Die Folge der Beleuchtung der beiden Lichtdetektoren 21 und 22 wird bei einer Bewegung des beweglichen Teiles 1 in der

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entgegengesetzten Richtung umgekehrt. Bei jeder Bewegungsrichtung wird die Änderung des Zustandes des. Ausgangssignales des ersten Lichtdetektors 21, die stattfindet, wenn der zv/eite Lichtdetektor 22 im Dunklen ist, zur Erzeugung eines Korrekturimpulses · benutzt.

Der Korrekturimpuls ist additiv, wenn sich das bewegliche -Teil 1 in einer Richtung bewegt, die willkürlich als positiv bezeichnet wird, und- ist subtraktiv, wenn sich das bewegliche leil in der entgegengesetzten Richtung bewegt, Eine additive Korrektur wird beispielsweise durch eine Beleuchtung des ersten Lichtdetektors bestimmt, der vom Dunklen ins Helle kommt, während der zweite Lichtdetektor 22 dunkel ist. Eine subtraktive Korrektur wird dann erfolgen, wenn die Beleuchtung des ersten Lichtdetektors 21 von hell nach dunkel wechselt, während der zweite Lichtdetektor 22 dunkel ist. Die Änderung der Beleuchtung des ersten Lichtdetektor die stattfindet, während der zweite Lichtdetektor 22 beleuchtet ist, wird von der Korrekturschaltung ignoriert.

Die von dem -beschriebenen System bewirkte Korrektur ist in einer Richtung, stets additiv und in der entgegengesetzten Richtung stets subtraktib. Dieses Verhalten ist für ein System angemessen, dessen ließglied durchwegs zu kurz oder durchweg zu lang ist. In allen Fällen, in denen das Keßglied in einer Bewegungsrichtung abwechselnd zu kurz und zu lang ist, kann eine doppelte

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Einrichtung verwendet werden, bei der ein Detektorsatz additive Korrekturen und ein aweiter Detektorsatz subtraktive Korrekturen bewirkt.

Y/ührend der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung wird, sofern nichts anderes angegeben ist, davon ausgegangen, daß das Meßglied durchweg zu lang ist, so daß die tatsächliche Verschiebung in der willkürlich als positiv angegebenen Richtung größer ist, als es von dem Meßsystem angezeigt wird. Unter dieser Bedingung wird eine Fehleranzeige benötigt, um Korrekturimpulse bei einer positiven Bewegungsrichtung zu addieren und bei einer negativen Bewegungsrichtung zu · subtrahieren·

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung, die dazu benutzt werden kann, die Notwendigkeit für eine Korrektur festzustellen und einen Korrekturimpuls zu erzeugen. Der erste Lichtdetektor 21 ist mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers 24- verbunden, der während der Zeit ein Ausgangssignal liefert, während der der erste Lichtdetektor 21 beleuchtet ist.,Der Schmitt-Trigger dient dazu, den Signalen die Form zu geben, die zum triggern der Flipflops der Schaltungsanordnung benötigt wird. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers wird dem Signäleingang eines ersten Impulstores 25 und einem Umkehrverstärker 26 zugeführt. Das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 26 wird dem Eingangssignal eines zweiten Impulstores 2? zugeführt.

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Das Ausgangssignal des zweiten Lichtdetektor3 22 wird einem nichtumkehrenden Verstärker 28 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 28 gelangt zu dem Sperreingang des ersten Impulstores 25 und zu dem Sperreingang des zweiten Impulstores 27«. Die· Impulstore sind so ausgebildet, daß sie ein Eingangssignal mit ansteigender Flanke ungeändert den Durchtritt gestatten, wenn sich an dem Sperreingang des Tores kein Signal befindet. Wenn am Sperreingang ein Eingangssignal anliegt, wird dagegen keinem Signal der Durchtritt durch das Tor gestattet und es bleibt das Ausgangssignal des Tores auf einem Ruhepegel. Das Entfernen des Signales am Sperreingang der Impulstore zu einer Zeit, zu der sich ein Signal am Signaleingang des Tores befindet, beeinflußt nicht das Ausgangssignal des Tores. Eine Schaltungsanordnung, die für die Impulstore verwendet werden kann, ist in der oben erwähnten US-Patentschrift 5 262 105 beschrieben und dargestellt. Fig. 10 dieser Patentschrift zeigt diese Schaltung, die dort als Zählgatter bezeichnet ist, und es befindet sich die Beschreibung in den Spalten 12 und 13.

Der Ausgang des ersten Impulstores 25 ist mit dem¹ Stelleingang eines ersten Blipflop 29 verbunden. Wenn vom ersten Impulstor 25 ein Ausgangsimpuls geliefert wird, wird der erste Flipflop 29 gestellt und es nimmt der Stellausgang des ersten Flipflop 29 ein logisches "Y/ahr" an, das einen.Spannungspegel anzeigt. Inkrementale Verschiebungssignale Pp und Np werden dem Rückstelleingang des ersten Flipflop 29 über ein ODER-Gatter 30 zugeführt>

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um den ersten Flipflop 29 beim Auftreten eines Aufwärt szählimpuls es Pp oder eines Abwärtszähliinpulses Hp zurückzustellen. Dar Stellausgang des ersten Flrpflop ist mit einem ersten Monoflop 31 verbunden, der von der Rückflanke des Ausgangssignales des Flipflop ausgelöst wird. Das. Ausgangssignal des ersten Monoflop 31 wird einem ersten Impulsgenerator 32 zugeführt» der bei der abfallenden Rückflanke des Ausgangssignales des Monoflop 31 einen Impuls erzeugt. Bei dem Impulsgenerator kann es sich beispielsweise um einen kapazitiv gekoppelten Verstärker handeln. Der Ausgangsimpuls des ersten Impulsgenerators 32 wird dem Aufwärtszähleingang des Zählers 5 über das in Fig. 1 gezeigte ODEr-G-atter 6 zugeführt.

Das Ausgangssignal des zweiten Impulstores 27 gelangt, an den St eil eingang eines zweiten Flipflop 33· V/enn das zweite. Impulstor 27 einen Ausgangsimpuls liefert» v/ird das zweite Flipflop 33 gestellt und es nimmt der Stellaüsgang des zweiten Flipflop 33 einen logischen "Wahr"-Zustand an, der einen Spannungspegel anzeigt. Inkrementale Verschiebungssignale Pp und Np werden dem Rückstelleingang des zweiten Flipflop 33 über ein ODER-Gatter 34- · zugeführt, um den zweiten Flipflop 33 beim Auftreten eines Aufwärtszählimpulses Pp oder eines Abwärtszählimpulses Np zurückzustellen. Der Stellausgang des zweiten Flipflop 33 ist mit einem zweiten Monoflop 35 verbunden, das bei der abfallenden Rückflanke des Ausgangssignales des zweiten Flipflop ausgelöst wird» Der Ausgang des

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zweite.n Llonoflop 35 is* ^i* einem zweiten Impulsgenerator 36 verbunden, der "bei Auftreten der fallenden RückfliAiike des Aus gangs signal es des Monoflop 35' einen Impuls erzeugt» Der Ausgangsimpuls des zweiten Impulsgenerators 36 wird dem Abwärtszähleingang des Zählers 5 über das ODER-Gatter 7 nach Fig. 1 zugeführt.

liunmehr wird die Wirkungsweise des Fehlerkorrektursystems anhand der Zeitdiagramme nach den Fig. 5 uncl 6 beschrieben. Zuerst sei angenommen, daß das bewegliche Teil 1 in einer willkürlich gewählten positiven Richtung verschoben wird. Fig. 5 veranschaulicht die zeitliche Signalfolge in diesem Fall. Wenn das bewegliche Teil 1 in der positiven Richtung bewegt wird, erzeugt der Bewegungsdetektor 4- additive Meßimpulse Pp in regelmäßigen Abständen, die über das ODE^-Gatter 6 dem Aufwärtszähleingang des Zählers 5 zugeführt werden. Diese Impulse sind durch die Kurve Pp in Fig. 5 dargestellt.

In der Blende 23 ist eine Öffnung an einer Stelle vorgesehen, an der eine bestimmte Korrektur erforderlich ist. Wenn das bewegliche Teil sich dieser Stelle nähert, durchdringt Licht von der Lichtquelle 20 die Öffnung und trifft den ersten Lichtdetektor 21, der ein Ausgangssignal erzeugt, das durch die Kurve LD1 wiedergegeben ist. Das Ausgangssignal des ersten Lichtdetektors 21 veranlaßt den Schmitt-Trigger 24-, ein Ausgangssignal ST zu erzeugen. Zu dieser Zeit ist der zweite Lichtdetektor 22 noch nicht beleuchtet und es

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existiert dementsprechend kein Ausgangssignal des Verstärkers 28, das die Impulstore 25 und 27 sperren könnte. Die Anstiegsflanke des Ausgangssignales des Schmitt-Triggers passiert das erste Impulstor 25 und stellt das erste Flipflop 29· Das Stell-Ausgangssignal des ersten Flipflop 29 ist in Fig. 5 als Kurve F1 dargestellt» Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers wird dem zweiten Impuls tor 27 über den Umkehrver s tärker 26 zugeführt, so daß das Eingangssignal für das zweite Impulstor 27 eine abfallende Flanke iät, die von dem Tor nicht durchgelassen, wird, auch wenn an dem zweiten Impulstor 27 kein Sperrsignal anliegt, denn die Impulstore sprechen nur auf ansteigende Flanken eines Eingangssignales an·

Wenn sich das bewegliche T_eil 1 weiterbewegt, wird der zweite Lichtdetektor 22 beleuchtet, während noch der erste Lichtdetektor 21 beleuchtet bleibt· Das Aus<gangssignal des zweiten Lichtdetektors 22, das in Fig. 5 durch die Kurve LD2 dargestellt ist,, wird über den Verstärker 28 den Sperreingängen der Impulstore 25 und 27 zugeführt· Wenn sich das bewegliche Teil noch weiterbewegt, wird der erste Lichtdetektor nicht länger beleuchtet sein und es kehrt das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers in seinen Ruhezustand zurück. Die abfallende Flanke des Ausgangssignales des Schmitt-Triggers wird von dem ersten Impulstor 25 nicht durchgelassen, weil das Tor nur auf eine ansteigende Flanke anspricht. Der Umkehrverstärker 26 kehrt dieses Signal

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um und führt eine ansteigend© Planke dem Signaleingang des zweiten Impulstores 27 zu. Diese ansteigende Flanke würde normalerweise das Tor 27 passieren, es sei denn, daß das Signal des zweiten Idchtdetektors am Sperreingang des Tores anliegt. Daher wird kein Signal, das seinen Ursprung in der abfallenden Planke des Ausgangssignales des Schmitt-Triggers hat, von den Impulstoren übertragen. Wenn das bewegliche Teil 1 seine Bewegung fortsetzt, wird auch der zweite Lichtdetektor 22 wieder dunkel und es fallen die Sperrsignale an den Impulstoren 25 und 27 fort. ..._.

Es sei daran erinnert, daß das erste Flipflop 29» wie oben beschrieben, gestellt worden ist_e Wenn der nächste reguläre additive Meßimpuls Pp von dem Bewegungsdetektor 4-erzeugt wird, wird er das erste Flipflop 29 zurückstellen· Die abfallende Flanke des Stell-Ausgangssignales des ersten Flipflop 29 stößt den ersten Monoflop 31 an» wie es durch die Kurve OS in Fig. 5 dargestellt ist. Der erste Monoflop 31 ist so eingestellt, daß seine Zeit-, verzögerung etwa halb so groß ist wie das normale Zeitintervall zwischen den additiven Meßimpulsen Pp. Wenn das erste Monoflop 31 abschaltet, erzeugt der erste Impulsgenerator 32 einen additiven Korrekturimpuls Pc, der dem Aufwärtszahleingang des Zählers 5 über das ODER-Gatter 6 zugeführt wird. Die Schaltungsanordnung, die die Zählimpulse Pp erzeugt, i3t so beschaffen, daß eine definierte Mindestzeit T zwischen den Impulsen verstreicht. Die Impulslänge des Monoflop ist so eingestellt, daß sie etwa τ/2 beträgt. Auf diese Weise erscheint der Korrekturimpuls, der am Ende des Monoflop-Impulses ausgelöst wird, vor dem nächsten Zählimpuls Pp.

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Mit anderen Worten verhindert die Zeitsteuerung, die durch das Monoflop 31 "bewirkt wird, daß der Korrekturimpuls Pc dem Zähler 5 zur gleichen Zeit wie ein Meßimpuls Pp zugeführt wird, wodurch gewährleistet ist, daß der Zähler ^eden Korrekturimpuls-aufnimmt,

Nunmehi? sei angenommen, daß das "bewegliche '^eil i in der negativen Richtung bewegt wird. Pig. 6 zeigt die zeitliche Signalfolge für diesen 3PaIl· Wenn das "bewego· liehe Teil 1 in negativer Richtung "bewegt wird, erzeugt der Bewegungsdetektor 4- subtraktive Meßimpulse lip in regelmäßigen Intervallen, die über das ODER-Gatter 7 dem Abwärtszähleingang des Zählers 5 zugeführt werden. Diese Impulse sind als Kurve Hp in 3¹Ig.6 veranschaulicht. Wenn sich das bewegliche Seil 1 der öffnung in der Blende 23 nähert, bei der es sich um die gleiche öffnung handelt, die bei einer Bewegung in positiver Richtung einen additiven Korrekturimpuls auslöst, gelanßt Licht' von der Lichtquelle 20 durch die Öffnung und trifft den zweiten Lichtdetektor 22, der ein Ausgangssignal erzeugt, das in Fig. 6 als Kurve LD2 dargestellt ist. Dieses Signal führt den Sperreingängen der Impulstore 25 und 27 über den Verstärker 28 ein Sperrsignal zu· »

Wenn das bewegliche Teil 1 seine Bewegung in negativer Richtung fortsetzt, wird der erste Lichtdetektor 21 beleuchtet, während der zweite Lichtdetektor beleuchtet bleibte Das Ausgangssignal des ersten Lichtdetektor^ 21, das in I¹Ig. 6 durch die Kurve LD1 wiedergegeben ist, wird wie vorher dem Schmitt-Trigger 24- zugeführt· Die Anstiegsflanke des Ausgangssignales des Schmitt-Triggers 24-y das

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durch die Kurve ST wiedergegeben ist, wird an einem Passieren des ersten Impulstores 25 von dem vorliegenden Sperrsigbal gehindert. Das umgekehrte Signal des Schmitt-Triggers, das den Umkehrverstärker 26 verläßt und durch die Kurve-INV" dargestellt ist, kann-das zweite Impulstor 27 nicht passieren, weil das Tor nur auf positiv ansteigende Spannungen anspricht und außerdem auch an diesem Tor ein Sperrsignal anliegt·

Wenn sich das bewegliche Teil 1 in negativer Richtung weiterbewegt_s wird der zweite Lichtdetektor 22 dunkel und es wird das Sperrsignal von den Impulstoren 25 und 27 entfernt. Wenn dann auch der erste Lichtdetektor dunkel wird, hat das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers eine fallende Flanke j die keinerlei T/irkung auf das erste Impulstor 25 hat« Es hat jedoch das Ausgangssignal des Uiakehrverstärkers 26, bei dem es sich um das umgekehrte Ausgangssignal des Schmitt-Triggers handelt, eine ansteigende Planke, die von dem zweiten Impulstor 27 durchgelassen wird, so daß das zweite Flipflop 33 gestellt wird. Bas Ausgangssignal des zweiten Flipflop ist durch die Kurve F2 wiedergegeben. Die.verbleibende Operationsfolge für das zweite Flipflop 33» das ODER- · Gatter 3^* das zweite Monoflop 35 und den zweiten Impulsgenerator 36 ist genau die gleiche,, wie sie oben für das Flipflop 29, das ODER-Gatter 30, das Monoflop und den Impulsgenerator 32 beschrieben worden ist, so daß sie hier nicht nochmals erläutert zu werden braucht. Das Ausgangssignal des zweiten Impulsgenerators 36 ist ein subtrakiiver Korrekturiiapuls Nc, die dem Abwärtszähleingang des Zählers 5 über das ODER-Gatter 7 zugeführt wird.

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Fig. 4 zeigt eine modifizierte Schaltungsanordnung_t die für d.ie vorliegende Erfindung geeignet ist. Die Lichtdetektoren 21.und 22, der Schmitt-Trigger 24, der Verstärker 28,, der Umkehrverstärker 26 und die Impulstore 25 und 27 sind in der gleichen V/eise geschaltet und arbeiten in genau der gleichen Weise, wie es oben für die Schal tungs anordnung nach Fig. $ "beschrieben worden ist. Die Ausgänge der Impulstore 25 und 27 sind über ein ODER-Gatter 37 mit dem Stelleingang eines Flipflop $8 verbundenj damit das Flipflop beim-Auftreten eines Ausgangssignales an einem der beiden Impulstore 25 oder 27 gestellt wird, das heißt, wenn immer eine additive oder subtraktive Korrektur erforderlich ist. Additive und subtraktive Meßimpulse Pp bzw. Np werden über ein ODER-Gatter 39 dem Rückstelleingang des Flipflpp 38 zugeführt, um das Flipflop beim Auftreten des nächsten regulären Meßimpulses zurückzustellen. Der Stellausgang des Flipflop 38 ist mit einem Monoflop 40 verbunden, der durch die abfallende Flanke des Ausgangssignales des Flipflop, ausgelöst wird, wenn das Flipflop zurückgestellt wird. ·

Das Ausgangssignal des Monoflop 40 wird den Signalein- ' gangen von Impulstoren 41 und 42 zugeführt. Die Impulstore 41 und 42 unterscheiden sich in ihrer Wirkungsweise von den vorher beschriebenen Impulstoren 25 und 27 darin, daß die Impulstore 41 und 42 nur auf ein Signal mit abfallender Flanke am Signaleingang der Tore ansprechen· Demnach lassen die Tore 41 und 42 nicht die ansteigende Flanke des Ausgangssignales des Monoflop 40 passieren,

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wenn das Monoflop zuerst eingeschaltet wird, unabhängig von dem Zustand ihrer Sperreingänge» Eine Schaltungsanordnung, die zur Verwendung als Tore 41 und 42 geeignet ist, ist in der US-Patentanmeldung Ser.Nö. 560 294 der Anmelderin beschrieben und in Fig. 7 dieser Anmeldung dargestellte

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 24 wird dem Sperreingang des Impulstores 42 zugeführt, wogegen das umgekehrte Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 24, das von dem Umkehrverstärker 26 erhalten wird, .an den Sperreingang des Impulstores 41 angelegt wird. Der Ausgang des Impulstores 41 ist mit einem Impulsgenerator 43 verbunden, der einen additiven Korrekturimpuls Pc erzeugt. Entsprechend ist der Ausgang des Impulstores 42 mit einem Impulsgenerator 44 verbunden, der seinerseits einen subtraktiven Korrekturimpuls Nc erzeugt. Die Impulsgeneratoren 43 und 44 können von der gleichen Art sein, wie die Impulsgeneratoren der Schaltungsanordnung nach Fig. 3o Die oben behandelten Fig. 5 und-6. veranschaulichen auch die zeitliche Signalfolge bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4.

Wenn das bewegliche Teil 1 in positiver Richtung bewegt wird und ein Zustand vorliegt, bei dem die tatsächliche ■Verschiebung die durch den Zählerstand angegebene überschreitet, sollte eine Fehlerindikation einen additiven Korrekturimpuls Pc erzeugen* Wie durch Fig. 5 veranschaulicht, befindet sich das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 24 im "Wahr"-Zustand während der Zeit, zu der das Monoflop abschaltet. Daher hindert das Ausgangssignal

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des Schmitt-Triggers das Impulstor 42 daran, dem Impulsgenerator 44 ein Signal zuzuführen. Dagegen befindet sich kein Sperrsignal am Impulstor 41 und es wird ein Signal dem Impulsgenerator 45 zugeführt, so daß ein additiver Korrekturimpuls Pc-erzeugt wird.

V/enn bei den angegebenen Bedingungen das bewegliche Teil 1 umgekehrt in negativer Eichtung verschoben wird, sollte eine Fehleranzeige einen subtraktiven Korrekturimpuls Nc erzeugen. Wie aus' Pig. 6 ersichtlich, ist das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 26 zu der Zeit, zu der das Monoflop abschaltet, im "Wahr"-Zustand. Das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers hindert das Impulstor 41 am Zuführen eines Signales zum Impulsgenerator 43. In diesem Fall wird jedoch dem Impulstor 42 kein Sperrsignal zugeführt und es gelangt ein Signal zum Impulsgenerator 44, so daß ein subtraktiver ICorrekturimpuls Nc erzeugt wird. '

Die Beschreibung der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 läßt erkennen, daß bei positiver Bewegungsrichtung (siehe Fig. 5) äas Ausgangssignal des Schmitt-Triggers eine ' Dauer haben muß, die etwa dem doppelten Zeitintervall zwischen normalen Meßimpulsen Pp gleich ist, um eine ordentliche Weiterleitung der Signale zu den Impulsgeneratoren zu erlauben. Diese Bedingung verursacht bei praktischen Systemen keinerlei Schwierigkeit. Bei einem typischen System, das von der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht, beträgt das Zeitintervall zwischen normalen Meßimpulsen Pp und Rp etwa 100 /<-s, was einer Verschiebung von etwa 0,025 mm entspricht·

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Die'Abstände,·in denen Fehlerkorrekturen erforderlich sind, betragen in der Regel mehr als 5 mm· Der Fehlerindikator ist so eingerichtet, daß er eine Beleuchtung der Lichtdetektoren auf einer Bewegungsstrecke des beweglichen Teiles von mehr als 2,5 nun· gestattet.· Infolgedesden liegt das Signal des Schmitt-Triggers während einer Zeit Vor, während der mehr als 100 Meßimpulse erzeugt werden können· In gleicher Weise muß bei-einer negativen Bewegungsrichtung (siehe Fig. 6) das Signal des Schmitt-Triggers während einer Zeit vorliegen, die etwa gleich dem zweifachen Zeitintervall zwischen normalen Meßimpulsen Up ist, bevor eine .andere Fehleranzeige festgestellt werden kann. Wie oben angegeben, liegen Fehleranzeigen jedoch nicht dichter als 5 mm, so daß es möglich ist, mehrere hundert Meßimpulse zu erzeugen, bevor eine weitere Korrektur erforderlich ist.

Wie oben angegeben, geht die vorstehende Beschreibung davon aus, daß das Meßglied durchweg zu lang ist, so daß die tatsächliche Verschiebung in positiver Richtung größer ist, als sie von dem Zählerstand angezeigt wird. Wenn das Ließglied durchweg zu kurz ist, so daß die tatsächliche 'Verschiebung in positiver Richtung kleiner ist als von dem Zählerstand angegeben, so ist ersichtlich, daß die Ausgangs impulse Pc und lic der Korrekturschaltung 10 den entgegengesetzten Zählereingängen zugeführt werden müssen, als es in Fig. 1 dargestellt ist, Das bedeutet, daß das Ausgangssignal Pc der Korrekturschaltung 10 deia Abwärtszähleingang des Zählers 5 über das ODER-G at t er 7 und das Aus gangs signal Nc dem Auf wärt szähleingang des Zählers 5 über aas ODER-Gatter 6 zugeführt werden muß·

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Obwohl spezielle Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, daß andere Ausführungsformen der Erfindung in Betracht gezogen werden können, ohne den Rahmen der" Erfindung zu verlassen« Bei der Erfindung kann jede Art von Wandler zur Fehleranzeige benutzt" werden. V/eiterhin ist ersichtlich, daß zahlreiche Anordnungen der Korrekturschaltung geschaffen werden können, die von der Art der zur Verfügung stehenden Standardschaltungen abhängen. Die beschriebene Korrekturschaltung ist für Systeme geeignet, die keine Systemtaktsignale verwenden. Es können andere Schaltungsanordnungen erstellt werden, die von solchen Taktsignalen Gebrauch machen. Diese und andere., offensichtliche Änderungen von Einzelheiten liegen im Können des Durchschnittsfachmannes·

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Claims

Patentansprüche

1.!Vorrichtung zur Fohlerkorrektur in Positionier- ^—J systemen, "bei denen Zählimpulse einem Zähler zugeführt werden und der Zählerstand die Stellung eines beweglichen Teiles längs eines "bestimmten Weges angibt, dadurch gekennzeichnet, daß an bestimmten Stellen des Weges _x an denen eine Korrektur erforderlich ist, ein Korrekturindikator (8, 11) angeordnet ist, auf den eine Detektoreinrichtung (9) anspricht und ein Korrektursignal erzeugt, und daß eine Schaltungsanordnung (1O) das Korrektursignal empfängt und in Abhängigkeit von dem Korrektursignal einen Korrekturimpuls bildet, der dem Zähler (5) zur Berichtigung des Zählerstandes zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturimpuls dem Zähler £5) zu einer anderen Zeit zugeführt wird als die Zählimpulse·

5« Vorrichtung nach Anspruch 1 oder. 2, bei der die Zählimpulse bei einer Bewegung des beweglichen Teiles in der einen Richtung zum Zählerstand addiert und bei einer Bewegung in der entgegengesetzten Richtung vom Zählerstand subtrahiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (9) zwei . nebeneinander angeordnete Detektoren (12) umfaßt, · die beide auf den Korrektürindikator (8, 11) ansprechen und zeitlich aufeinanderfolgende Korrektursignale erzeugen, daß die Schaltungsanordnung (ΙΟ) auf die zeitliche Folge der Korrektursignäle"anspricht und einen additiven öder äubtraktiven

vermindert.

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Korrekturimpuls bildet, je nachdem, ob sich, das bewegliche Teil (T) in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung bewegt, und daß dem Zähler (5) der erzeugte additive odea? subtraktive Korrekturimpuls zugeführt wird und einer der beiden Korrekturimpulse den Zählerstand um einen Zählwert erhöht, wogegen der andere den Zählerstand um einen Zählwert

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturindikator eine Blende (-23) mit lichtdurchlässigen öffnungen (23a) an den Korrekturstellen und eine Lichtquelle (2o) umfaßt..

5» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektur indikator (8) an den Korrekturstellen lichtreflektierende Mittel (TI) und eine Mchtquelle (12) umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Det ektor einrichtung (9) Photozellen enthält.

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