DE2161684B2

DE2161684B2 - Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer Strichskala

Info

Publication number: DE2161684B2
Application number: DE19712161684
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 4035 Breitscheid Schulz-Methke
Original assignee: Espera Werke GmbH
Current assignee: Espera Werke GmbH
Priority date: 1971-12-13
Filing date: 1971-12-13
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2161684A1; DE2161684C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer Strichskala mittels zwei zueinander versetzt auf die Strichskala ausgerichteten Photozellen mit angeschlossener Triggerschaltung, deren Ausgangsimpulse über einen Richtungsdiskriminator einem Zähler zugeleitet werden.

Photoelektrische Abtastvorrichtung von Skalen werden an Meßinstrumenten, insbesondere Waagen zur Umwandlung der relativen Stellung der Skalen in einen elektrisch auswertbaren Digitalwert verwendet.

Die deutsche Patentschrift 1126172 beschreibt dazu ein Verfahren, bei dem die Zählimpulse richtungsneutral gegeben und die beiden Zählrichtungen durch Dauersignale bestimmt werden.

Da jedoch bei allen bekannten Anordnungen schon bei zeitweiligem Ausfall einer Photozelle oder bei Einsteuerung eines Störimpulses ein völlig falsches Ergebnis angezeigt wird, indem beispielsweise zu addierende Impulse wegen der zeitweiligen Störung nicht addiert, sondern im Zähler subtrahiert werden, schlägt die Deutsche Offenlegungsschrift 1808 523 eine Kontrollschaltung vor, bei der an einer definierten Stelle der sich bewegenden Skala eine dritte Photozelle einen Impuls abgibt, der die Zählung als unrichtig markiert, wenn das Ergebnis der Zählung in diesem Augenblick nicht mit dem zur betreffenden Stelle zugehörigen übereinstimmt.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß im gesamten Bewegungsbereich der Skala nur eine Kontrollstelle vorhanden ist, so daß alle Anzeigen außerhalb dieser Kontrollstelle unkontrolliert bleiben, die Mehrzahl der angezeigten Zählergebnisse somit falsch sein kann, ohne daß ein Fehlersignal erscheint. Ein weiterer Nachteil bekannter Anordnungen besteht darin, daß bedingt durch große Schaltpunkthysteresen die genaue Lage der Abtastimpulse r> innerhalb eines Strichintervalles der Skala verschieden ist, je nachdem, ob die Bewegung der Skala vorwärts oder rückwärts erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine fehlerkontrollierte Anordnung zur inkrementalen Skalenabtastung mit photoelektrischen Abtastorganen und nachgeschaltetem Richtungsdiskriminator anzugeben, die an gleichen Stellen für beide Bewegungsrichtungen Abtastimpulse liefert, ohne eine zusätzliche Photozelle eine ständige Kontrolle der Abtastung ermöglicht und -'5 im Falle eines Abtastfehlers die weitere Verwertung der Information sperrt.

Ausgehend von einer Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen sieht die Erfindung vor, daß der Abstand der beiden versetzt zueinander angeord-)o neten Photozelleii ein ungeradzahliges Vielfaches des achten Teiles des Strichabstandes der Strichskala ist und daß an jede der Photozellen zwei Trigger, deren Schalthysteresis kleiner ist als eine dem achten Teil des Strichabstandes der Strichskala entsprechende Spannungsänderung am Ausgang der Photozellen derart angeschlossen sind, daß bei einer Bewegung der Strichskala auf jeden Impuls der von einem der beiden Trigger der ersten Photozelle geliefert wird, ein Impuls von einem der beiden Trigger der zweiten Photozelle zeitlich folgt, bevor der andere Trigger der ersten Photozelle einen Impuls liefert, und daß dann, wenn auf einen von einem der beiden Trigger einer Photozelle gelieferten Impuls von dem anderen Trigger der gleichen Photozelle folgt, ein Störsignal abgeleitet wird, welches die weitere Verwertung der Ausgangsimpulse blockiert.

Bei den Triggern kann es sich erfindungsgemäß um zwei gegeneinander geschaltete Operationsverstärker handeln.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Ausgangsimpulse der Trigger bei fehlerhafter Abtastung der Strichskala im Richtungsdiskriminator einen Zustand herstellen, der die weitere Impulsübernahme durch den Richtungsdiskriminator sperrt und ein Fehlersignal abgibt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 den Aufbau der Abtasteinrichtung,
Fig. 2 die Triggerschaltung,
Fig. 3 ein Impulsdiagramm und
Fig. 4 das Schaltbild des Diskriminators und der Fehlerkonirolle.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 beleuchtet die Lampe 1 über einen Kondensator 2 die Strichskala 3, die gleichabständige hell-dunkel Markierungen 4 und 5 aufweist. Das Objektiv 6 bildet die Skala auf den Eintrittsöffnungen 7 und 8 der beiden Photozellen 9 und 10 ab,

wobei die Breite der Lichteintrittsöffnung 7 und 8 der Breite der projizieren Markierung entspricht. Der Abstand der beiden Photozellen ist gleich einem ungeradzahligen Vielfachen des achten Teiles des Markierungsabstandes S. Die Belichtung der Photozellen führt zu Spannungsänderungen in dtn Leitungen A und B, die den vier Triggern 11 zugeführt werden und an deren Ausgang vier Leitungen 22, 23, 26 und 27 Impulse auf den Richtungsdiskriminator 12 geben, der sie als Vorwärts-Rückwärts-Impulse einem Zähler

13 zuführt, der gleichzeitig von einem mit dem Richtungsdiskriminator 12 verbundenen Fehlerindikator

14 gesteuert wird. An Stelle des in der Fig. 1 angedeuteten Zählers kann ein Rechengerät oder ein Druckwerk oder eine andere Art eines Datenverarbeitungsgerätes angeschlossen sein.

In der Fig. 2 ist die Innenschaltung der an die Photozellen angeschlossenen Trigger 11 für die Photozeile 9 dargestellt. Die Photozelle 9, hier in der Form eines Fototransistors, liegt über dem Arbeitswiderstand 14 an dem positiven Poi der Betriebsspannung + U. In Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke ändert sich die Spannung am Kollektor des Phototransistors 9. Sie beeinflußt zwei Trigger, die aus jeweils zwei gegeneinandergeschalteten Operationsverstärkern 15 und 16 bzw. 17 und 18 bestehen. Der Schaltpunkt der gegeneinandergeschalteten Operationsverstärkerwird an dem Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen 19, 20 und 21 eingestellt.

Diese Schaltspannungen sind erreicht, wenn der Kollektor des angeschlossenen Phototransistors eine Spannung unter- oder überschreitet, die gleich der am Spannungsteiler eingestellten plus oder minus der Offsetspannung der Operationsverstärker ist.

Ist die Spannung am Kollektor des Phototransistors 9 größer als die Schaltspannung, so ist der Ausgang des Operationsverstärkers 15 negativ, die des Operationsverstärkers 16 positiv. Nimmt die Kollektorspannung durch höhere Beleuchtungsstärke auf dem Phototransistor ab und unterschreitet sie die Schaltspannung plus Offsetspannung, so wird der Ausgang des Operationsverstärkers 15 ebenfalls positiv. Der Zustand am Ausgang des Operationsverstärkers 16 ändert sich zunächst nicht. Es ist aber die »Und«-Bedingung am Nandgatter 24 erfüllt und der Ausgang 22 wird negativ. Sinkt die Kollektorspannung weiter, und unterschreitet sie den Wert: Schaltspannung minus Offsetspannung, so wird der Ausgang des Operationsverstärkers 16 negativ, womit die »Und«-Bedingung am Nandgatter 24 nicht mehr erfüllt ist und der Ausgang 22 wieder positiv wird. Da das Verhalten der Schaltung unabhängig davon ist, in welcher Richtung sich die Spannungsänderung am Kollektor abspielt, liefert die Anordnung jeweils einen negativen Impuls am Ausgang 24, wenn die KoI-lektoispannung den doppelten Wert der Offsetspannung auf dem Niveau der Schaltspannung durchläuft.

Auf dem Niveau der zweiten Steuerspannung vollzieht sich mit den Operationsverstärkern 17 und 18 und dem Nandgatter 25 ein gleicher Prozeß, der ebenfalls am Ausgang 23 einen negativen Impuls liefert, wenn die Spannung des Kollektors des Phototransistors 9 den durch die Offsetspannung gegebenen Spannungsbereich auf dem Niveau der zweiten Schaltspannung durchläuft.

Ein zweiter Phototransistor 10 ist einer gleichartigen Schaltung 11 zugeordnet, an deren Ausgängen 26und27 ebenfalls negative Impulse entstehen, wenn

die Beleuchtungsstärke auf dem Phototransistor 10 die den Schaltspannungen zugeordnete Werte durch eine Bewegung der Skala durchläuft.

Die Schaltpunktbreite ist gleich der doppelten Offsetspannung der gegeneinandergeschalteten Operationsverstärker. Sie ist somit außerordentlich klein gegenüber der gesamten Spannungsänderung am Kollektor des Phototransistors. Bei einer Betriebsspannung von 18 V und bei einer Cffsetspannung des Operationsverstärkers von 4 mV wird der Schaltbereich vollständig durchfahren, wenn die Helligkeitsänderung nur 0,05% beträgt. Damit ist sichergestellt, daß der Schaltpunkt außerordentlich genau im Bereich der Änderung der Beleuchtungsstärke festgelegt und von der Bewegung der Skala unabhängig ist, womit eine Schaltpunkthysteresis praktisch vermieden ist. An den Ausgängen der Nandgatter 22,23, 26 und 27 entstehen Impulse, deren Wirkung im Rahmen der Gesamtanordnung an Hand der Fig. 3 dargestellt wird.

Die beiden Kurven A und B geben die Änderung der Beleuchtungsstärke auf der lichtempfindlichen Fläche der Phototransistoren 9 und 10 wieder, wenn die Skala bewegt wird. Die Phototransistoren liefern an ihren Kollektoren einne der Beleuchtungsstärke proportionale Spannung, so daß die Kurven A und B auch die Änderung der Kollektorspannung bei einer Bewegung der Skala darstellen. Die durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 19, 20 und 21 bzw. den entsprechenden Widerständen im Trigger 11 eingestellten Schaltpunkte sind mit U_a, U_a., U_b und U_b, bezeichnet.

Die Folge der Impulse, die sich bei einer Bewegung der Skala 3 ergeben, sind für die vier Ausgänge 22, 23,26 und 27 ebenfalls in der Fig. 3 mit den Bezeichnungen a, a\ b, b' dargestellt. Da die beiden Phototransistoren gegeneinander um ungeradzahlige Vielfache von einem V₈ S justiert sind, wobei S der Abstand der Markierung ist, sind sechzehn abtastbare Impulsfolgen möglich, die nachfolgend zusammengestellt sind, wobei der erste Buchstabe jeweils denjenigen Impuls kennzeichnet, der zeitlich vor demjenigen liegt, den der zweite Buchstabe kennzeichnet.
a-a (u) a'-a (/) b-b (u) b'-b (f) a-a' (J) a'-a' (κ) b-b' (J) b'-b'(u) a-b (u) a'-b (r) b-a (u) b'-a (v)
a-b' (r) a'-b'(u)' b-a' (v) b'-a'(u)
Die mit w bezeichneten Impulsfolgen sind für das Abtastverfahren nicht verwendbar, da sie sowohl bei Rückwärts- als auch bei Vorwärtsbewegung der Skala auftreten.

Die mit ν bezeichneten treten bei Bewegung der Skala auf, die als Vorwärtsrichtung bezeichnet wird, die mit r bezeichneten bei der entgegengesetzten Bewegungsrichtung der Skala, der Rückwärtsrichtung. Arbeitet einer der beiden Abtastkanäle fehlerhaft, so treten Impulsfolgen auf, die mit / bezeichnet sind. Die mit ν bezeichnete Impulsfolge ist damit signifikant für die Bewegung der Skala in der einen, die mit r bezeichneten signifikant für die Bewegung der Skala in entgegengesetzter Richtung, während die mit / bezeichneten Impulsfolgen fehlerhafte Abtastung signalisieren. Richtungsdiskriminierung und Fehlerindikation erfolgen in einer Schaltung gemäß Fig. 4. Die von den Ausgängen 22, 23, 26 und 27 der Trigger gelieferten Impulse schalten teilweise direkt, teilweise über Nandgatter 28, 29, 31 und 34 die Flip-Flops 36, 37, 38, 39 deren Zustände zusammen mit

weiteren, von den Ausgangsimpulsen der Trigger beeinflußten Nandgattern 40,41,42 und 43 die Zählimpulse am Ausgang der Nandgatter 44 und 45 ergeben.

Im einzelnen erfolgt die für die eine Bewegungsrichtung der Skala signifikanten Impulsauswahl durch die linke Hälfte der Schaltung, für die andere Bewegungsrichtung durch die rechte Hälfte der Schaltung, die hinsichtlich ihres Aufbaus gleich sind und sich nur dadurch unterscheiden, daß sie in verschiedener Weise an die Ausgänge der Trigger angeschlossen sind.

Im folgenden ist der Ablauf für den linken Teil der Schaltung beschrieben. Tritt an 27 ein Impuls auf, so wird der Flip-Flop 36 umgeschaltet. Folgt diesem Impuls ein Impuls an 23, entsprechend der Impulsfolge b-a, so wird der Flip-Flop 36 ohne weitere Folgen in den Ausgangszustand über die Nandgatter 28 und 31 zurückgeschaltet.

Folgt auf einen Impuls an 27 jedoch ein Impuls an 22 entsprechend der Impulsfolge b-a', so gelangt er über das Nandgatter 30 auf das durch die Stellung des Flip-Flop 36 freigegebene Nandgatter 40, das damit umschaltet und das Nandgatter 44 so beeinflußt, daß an seinem Ausgang ein Impuls auftritt. Der Impuls an 22 schaltet den Flip-Flop 36 verzögert um dessen Umschaltzeit zurück, so daß nach Abklingen des Ausgangsimpulses von 22 der Ausgangszustand wieder erreicht ist.

Folgt auf einen Impuls an 27 jedoch ein weiterer Impuls an 27, der Impulsfolge b-b entsprechend, so bleibt das ohne weitere Folgen.

Folgt auf einen Impuls an 27 jedoch ein Impuls an 26, der Impulsfolge b-b' entsprechend, so wird zusätzlich der Flip-Flop 37 umgeschaltet. Da dann beide Flip-Flops 36 und 37 umgeschaltet haben, ist die »Und«-Bedingung für das Nandgatter 46 erfüllt, es schaltet um und bewirkt über das Nandgatter 48 ein Umschalten des Flip-Flops 49. Dieser Flip-Flop 49 schaltet damit bei einer fehlerhaften Impulsfolge um und liefert das Signal zur Fehlererkennung.

In gleicher Weise wie vorstehend für die dritte Kolumne der vorstehenden Tabelle der möglichen Impulsfolgen diskriminieren die Nandgatter 28, 31, 32

κι 41,44,46 und 48 und dem Flip-Flop 37 die Impulsfolgen entsprechend der vierten Kolumne, die Nandgatter 29, 33, 34, 42, 45, 47 und 48 und dem Flip-Flop 38 die Impulsfolgen entsprechend der zweiten Kolumne, die Nandgatter 29, 34, 35, 43, 45, 47 und 4i und dem Flip-Flop 39 die Impulsfolgen entsprechenc der ersten Kolumne. Am Ausgang der Nandgatter 44 und 45 stehen damit die der Bewegungsrichtung dei Skala entsprechenden Impulse zur Verfügung, und sie können einem Vorwärts-Rückwärtszähler 13 zügeführt werden, dessen Zustand sich damit mit der Skalenbewegung verändert.

Hat jedoch wegen einer Impulsfolge a-a', a'-a, b-b oder b'-b der Flip-Flop 49 umgeschaltet, so liefen der nachgeschaltete Verstärker 50 einen Zustand, dei über die Leitungen 51 die Nandgatter 30 ± 35 in der umgeschalteten Zustand versetzt, bzw. hält und dami¹ ein weiteres Arbeiten der Schaltung blockiert. Durch eine externe Nullstellung (nicht dargestellt) kann ir bekannter Weise der Ausgangszustand gesetzt wer-

jo den.

Gleichzeitig kann das Signal des umgeschalteter Verstärkers 50 im Zähler 13 zur Sperrung der weite ren Verarbeitung der Zählerstellung in bekannte: Weise verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer Strichskala mittels zwei zueinander versetzt auf die Strichskala ausgerichteten Photozellen mit angeschlossener Triggerschaltung, deren Ausgangsimpulse über einen Richtungsdiskriminator einem Zähler zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet.daß der Abstand der beiden versetzt zueinander angeordneten Photozellen (9,10) ein ungeradzahliges Vielfaches des achten Teiles des Strichabstandes der Strichskala (3) ist und daß an jede der Photozellen (9,10) zwei Trigger (11), deren Schalthysteresis kleiner ist als eine dem achten Teil des Strichabstandes der Strichskala (3) entsprechende Spannungsänderung am Ausgang der Photozeilen (9,10) derart angeschlossen sind, daß bei einer Bewegung der Strichskala (3) auf jeden Impuls der von einem der beiden Trigger der ersten Photozelle (9) geliefert wird, ein Impuls von einem der beiden Trigger der zweiten Photozelle (10) zeitlich folgt, bevor der andere Trigger der ersten Photozelle (9) einen Impuls liefert, und daß dann, wenn auf einen von einem der beiden Trigger einer Photozelle gelieferten Impuls ein Impuls von dem anderen Trigger der gleichen Photozelle folgt, ein Störsignal abgeleitet wird, welches die weitere Verwertung der Ausgangsimpulse blockiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trigger (11) aus zwei gegeneinander geschalteten Operationsverstärkern bestehen.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse der Trigger (11) bei fehlerhafter Abtastung der Strichskala (3) im Richtungsdiskriminator (12) einen Zustand herstellen, der die weitere Impulsübernahme durch den Richtungsdiskriminator (12) sperrt und ein Fehlersignal abgibt.