DE1955878A1 - Verfahren und Anordnung zum Korrigieren von bei Abtastung einer Massverkoerperung anfallenden Abtastsignalen - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zum Korrigieren von bei der Abtastung einer Maßverkörperung anfallenden Abtastsignalen Es ist bekannt, daß bei der Abtastung einer Maßverkörperung oft gleichzeitig zwei um einen bestimmten Betrag gegeneinander versetzte Abtastköpfe benutzt werden, deren Ausgangssignale einmal zur Steuerung eines nachgeschalteten Zählers, zum anderen aber zur Bestimmung der Zählrichtung dieses Zählers dienen. Demzufolge haben die Ausgangssignale der Abtastköpfe eine ganz bestimmte relative Phasenlage zueinander. Ist die Maßverkörperung ein Rastermaßstab, so entstehen bei Bewegung desselben relativ zu den Abtastköpfen an diesen periodische, gegeneinander in der Phase verschobene Ausgangssignale. Fehler in der Teilung des Rasters können eine Änderung einer der Signalamplituden mit sich bringen, wodurch eine Variation der relativen Phasenlage erzeugt wird, die das Meßergebnis stört. Die gleiche Wirkung kann auftreten, wenn Abtastköpfe mit nichtlinearen Kennlinien verwendet werden.
• Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Korrigieren der tatsächlich anfallenden Abtastsignale zu schaffen, welches sicherstellt, daß zur Auswertung stets Signale mit gleicher Spitzenamplitude vorhanden sind.
• Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Korrigieren bei der Abtastung einer Maßverkörperung anfallender periodischer, in ihrer Amplitude schwankender, um 900.
• gegeneinander in ihrer Phasenlage verschobener, gleichtaktfreier Abtastsignale. Das neue Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Abtastsignale Je einer von zwei identischen, nichtlinearen, analogen Rechenschaltungen mit monotoner Kennlinie zugeführt werden, daß die Ausgangssignale dieser Rechensohaltungen addiert werden, daß das so gebildete Summensignal mit einer Referenzgröße verglichen wird und daß das sich dabei ergebende Signal als Regelabweichung zur gleichartigen Beeinflussung der Momentanwerte der Abtastsignale verwendet wird. Dabei kann bei Vorliegen quasi sinusförmiger Abtastsignale zur Erzeugung von rein sinusförmigen Ausgangssignalen eine Reohenschaltung mit quadratischer Kennlinie, zur Erzeugung rein dreieckförmiger Ausgangssignale eine Rechenschaltung mit Betragsbildung verwendet sein. Demzufolge sind bei einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens den Abtastköpfen nichtlineare, analoge Rechenschaltungen mit monotoner Kennlinie nachgeschaltet, die Ausgänge dieser Rechenschaltungen miteinander und mit einem Eingang einer Vergleichsstufe verbunden, deren zweiter Eingang mit einer Referenzsignalquelle verbunden ist. Darüber hinaus ist der Ausgang der Vergleichsstufe mit einem Regler verbunden, welcher die Momentanwerte der Abtastsignale beeinflußt. Der Regler kann entweder die Intensität der Speiseenergie der die Abtastköpfe oder den Verstärkungsgrad von den Abtastköpfen nachgeschalteten Verstärkern beeinflussen0 Die Rechenschaltungen können in an sich bekannter Weise aus Dioden und Widerständen aufgebaut sein.
• Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, daß zu seiner Durchführung nur wenige und einfache Bauteile benötigt werden. Wie sich in praxi gezeigt hat, bringt das Verfahren den gewtinsohten Erfolg im vollen Umfang.
• Ausführungsbeispiele fär Anordnungen zur Durchführung des neuen Verfahrens sind in der Zeiohnung schematisch dargestellt und nachfolgend beschrieben0 Wie in Fig.1 dargestellt ist, umfaßt ein Geber 10 zwei Abtastköpfe 11, 12, die relativ zueinander in Richtung der Bewegung einer Maßverkörperung 13 gegeneinander versetzt sind, und zwar vorzugsweise um ein Viertel der Teilungsperiode der Maßverkörperung.
• Im Falle einer optischen Abtastung umfaßt also der Geber in bekannter Weise mindestens eine Lampe zur Beleuchtung der Maßverkörperung sowie fotoelektrische, gegeneinander versetzte Empfänger Als Maßverkörperung ist in diesem Falle ein Rastermaßstab vorhanden, der im Durchlicht oder im Auflicht beleuchtet wird. Andere -Abtastungsarten sind möglich. Es sei hierzu an die bekannten magnetischen, induktiven und kapazitiven Abtaster erinnert.
• Die Ausgänge der Abtastköpfe 11, 12 sind mit den Eingängen je eines Verstärkers 14, 15 verbunden, welche die Ausgangssignale der Abtastköpfe verstärken, Jedem der Verstärker ist eine nichtlineare, analoge Rechenschaltung 16, 17 nachgeschaltet, welche eine monotone Kennlinie aufweist und welche die in sie eingespeisten Signale entsprechend umformt.
• Die Ausgänge dieser Rechenschaltungen sind so miteinander verbunden, daß die an ihnen anstehenden Signale summiert werden. Die so erzeugten Summensignale werden einer Vergleichsstufe 18 zugeführt und dort mit einem vorgegebenen festen Sollwert verglichen. Die bei Abweichung der zu vergleichenden Größen voneinander sich aus diesem Vergleich ergebenden Signale werden einem nachgeschalteten Regler 19 zugeführt, welcher nun die Momentanwerte der von den Abtastköpfen 11, 12 gelieferten Abtastsignale auf unterschiedliche Weise regeln kann. Zwei dieser Möglichkeiten sind durch die gestrichelten Wirklinien 20 angedeutet. So kann einmal die Speiseenergie des Gebers 10 geregelt werden. Im Falle einer optischen Abtastung wäre also beispielsweise der Energiezufluß zur beleuchtenden Lampe zu regeln. Dies kann z.B. in an sich bekannter Weise über einen nachgeschalteten Verstärker erfolgen oder mittels eines Servomotors, der auf einen einstellbaren Widerstand wirkt. Es ist aber statt dessen auch möglich, den Verstärkungsgrad der den Abtastköpfen 11, 12 nachgeschalteten Verstärker 14, 15 zu regeln.
• Schließlich kann auch bei Verwendung von fremderregten Abtastköpfen, wie induktiven Gebern oder Fotomultipliern, deren Erregerspannung variiert und damit deren Empfindlichkeit geregelt werden. Mit Hilfe der gezeigten Schaltung lassen sich an den Ausgängen der Verstärker 14, 15 stabile Signale erzielen.
• Durch die spezielle Auslegung der Rechenschaltungen 16, 17, die miteinander identisch sein müssen, hat man es in der Hand, die Form der an den Ausgängen der Verstärker 14, 15 anstehenden Signale zu bestimmen. Geben beispielsweise die Abtastköpfe 11, 12 quasi sinusförmige Signale ab, 80 kommt man zu streng sinusförmigen Ausgangssignalen an den Verstärkern, wenn man Rechenschaltungen mit quadratischer Kennlinie verwendet. Benutzt man dagegen bei quasi sinusförmigen Abtastsignalen Rechenschaltungen mit Betragebildung, so erzielt man an den Verstärkern 14, 15 dreieckförmige Ausgangssignale. Die weitere Verwendung dieser Signale als Steuersignale für Zähler, Schreiber usw. erfolgt in bekannter Weise.
• In Fig.2 ist eine Realisierungsmöglichkeit für das in Fig.l schematisch Gezeigte dargestellt. Wie ersichtlich, beinhaltet hier der Geber 10 unter anderem vier fotoelektrische Empfänger 30-33. Diese Empfänger erzeugen zu Paaren gegenläufige Signale, wie sie zur Unterdrückung der Gleichstromanteile in den Abtastsignalen benötigt werden. Einzelheiten darüber, wie die Empfänger angesteuert werden, kann beispielsweise der US-Pstentohrift 3 421 011 entnommen werden.
• Gegenläufige Signale erzeugende Empfänger 30, 31 sind an einem bdilseitig an Masse liegenden Spannungsteiler angeschlossen, der aus der Serienschaltung eines Potentiometers 34 sowie zweier Ohmscher Widerstände 35, 36 besteht und zur Symmetrierung des Eingangs des nachgeschalteten Operationsverstärkers dient. Der Schleifer des Potentiometers 34 ist mit dem einen Eingang eines Operationsverstärkers 37 verbunden, dessen zweiter Eingang an Masse liegt! Der Schleifer des Potentiometers 34 ist ferner über einen Widerstand 40 mit dem Schleifer eines weiteren Potentiometers 38 verbunden, das beidseitig an Spannung liegt und das dazu dient, den Geichstromanteil der Abtastsignale zu kompensieren. Der Operationeverstärker 37 ist mit einem einstellbaren Widerstand 39 überbrückt, der es gestattet, die Verstärkung des Operationsverstärkers 37 zu variieren.
• Dem Operationsserstarker 37 ist ein Inverter nachgeschaltet, der aus einem Operationsverstärker 41 besteht, dessen einer Eingang über einen aus zwei gleichen~Ohmschen Widerständen 42, 43 aufgebauten Spannungsteiler gespeist wird. Dieser Spannungsteiler liegt einseitig am ausgang des Operationsverstärkers 37 mit seiner anderen Seite am Ausgang des Operationeverstärkers 41 an. Der zweite Eingang des letztgenannten Verstärkers ist ebenfalls an Masse gelegt.
• Steht am Ausgang des Operationsverstärkers 37 ein Signal an, so erscheint das gleiche Signal mit umgekehrtem Vorzeichen am Ausgang des Operationsverstärkers 41. Beide Operationeverstärker sind parallel zueinander an ein Widerstands-Dioden-Netzwerk angeschlossen. Dieses besteht aus einer Serienschaltung von Dioden 44, die über mehrere untereinander gleichgroße Ohmsohe Widerstande 45-49 mit einer Leitung 50 verbunden ist.
• Da die den Empfängern 32, 33 nachgeschalteten Bauteile und Gruppen den oben b-ohriob-Fon nueh Aufbau Größe und rianke tion entsprechen, sind diese mit den obengenannten Bezugszeichen unter Hinzufügen eines Striches gekannzeichnet.
• Die Wirkungsweise solcher Dioden-Widerstandsnetzwerke ist bekannt und beispielsweise vorbeschrieben im Buch wElectronic Analog Computers von Korn-Korn, Ausgabe 1952, Seite 277.
• Die Leitung 50 ist über einen einstellbaren Widerstand 51 mit der negativen Ausgangsklemme einer nicht dargestellten Konstantspannungsquelle verbunden, Gleichzeitig ist die Leitung 50 an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 52 gelegt, der auf diese Weise stets das gleiche Potential wie die Leitung 50 führt. Durch Variation der Einstellung des Widerstandes 51 wird der Soll-Arbeitsstrom des Dioden-Widerstandsnetzwerkes 44-49 vorgegeben. Zu * ämpfung ist der Verstärker 52 mit einer RC-Schaltung 53 überbrücke. Die Ausgangssignale des Verstärkers 52 werden zur Regelung der Helligkeit einer Lampe 54 benutzt, welche Bestandteil des Gebers ist und dort die hier nicht dargestellte Maßverkörperung beleuchtet. In der Speiseleitung der Lampe ist ein Verstärker 55 eingefügt.

Claims (8)

An s p r ü c h e

1. Verfahren zum Korrigieren bei der Abtastungeiner Maßverkörperung anfallender periodischer, in ihrer Amplitude schwankender, um 90° gegeneinander in ihrer Phasenlage verschobener, gleichtaktfreier Abtastsignale, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastsignale je einer von zwei identischen, nichtlinearen, analogen Rechenschaltungen mit monotoner Kennlinie zugeführt werden, daß die Ausgangssignale dieser Rechenschaltungen addiert werden, daß das so gebildete Summensignal mit einer Referenzgröße'verglichen wird und daß das sich dabei ergebende Signal als Regelabweichung zur gleichartigen Beeinflussung der Momentanwerte der Abtastsignale verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen quasi sinusförmiger Abtastsignale zum Zwecke der Erzeugung rein sinusförmiger Ausgangssignale eine Rechenschaltung mit quadratischer Kennlinie verwendet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen quasi sinusförmiger Abtastsignale zum Zwecke der Erzeugung rein dreieckförmiger Abtastsignale eine Rechenschaltung mit Betragsbildung verwendet ist.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Abtastköpfen (11,12; 30-33) nichtlineare, analoge Rechenschaltungen (16,17; 44-49; 44'-495) mit monotoner Kennlinie nachgeschaltet sind, daß die Ausgänge dieser Rechenschaltungen miteinander und-mit einem Eingang einer Vergleichsstufe (18) verbunden sind, gleichzeitig mit einer Referenzsignalquelle (51) verbunden ist, und daß der Ausgang dieser Vergleichsstufe mit einem Regler (19, 52) verbunden ist, welcher die Momentanwerte der Abtastsignale beeinflußt.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (19, 52) die ISensität der Speiseenergie des Gebers (10) beeinflußt.

6. Anordnung zur Durchfuhrun-g des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (19) die Empfindlichkeit der Abtastköpfe (11, 12) beeinflußt.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (19) den Verstärkungsgrad von den Abtastköpfen (11, 12) nachgeschalteten Verstärkern (14, 15) beeinflußt.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltungen (16,17; 44-49; 44§-49t) in an sich bekannter Weise aus Dioden (44, 442) und Widerständen (45~49; 45'-49') aufgebaut sind.