DE2161684C3

DE2161684C3 - Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer Strichskala

Info

Publication number: DE2161684C3
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: 1979-01-11
Also published as: DE2161684A1; DE2161684B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur inkrementalen Abtastung einer Strichskala mittels zwei zueinander versetzt auf die Strichskala ausgerichteten Photo/eilen mit angeschlossener Triggerschaltung, deren Ausgangsimpulsc über einen Richtungsdiskriminatnr einem Zähler zugeleitet werden

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

Die deutsche Patentschrift 1126172 beschreibt dazu ein Verfahren, bei dem die Zählimpulse riehtungsnculrai gegeben und die beulen Zahlrichtungen durch Dauersignali- bestimmt werden.

Da jedoch bei allen bekannten Anordnungen schon bei zeitweiligem Ausfall einer Photozelle oder bei Einstcucrung eines Störimpulscs ein völlig falsches Ergebnis angezeigt wird, indem beispielsweise zu addierende Impulse wegen der zeitweiligen Störung nicht addier^ sondern iifi Zähler subtrahiert werden, schlägt die Deutsche Offcnlegungsschrift 1808523 eine Kontrollschaltung vor₍ bei der an einef definier-

ten Stelle der sich bewegenden Skala eine drille 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 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 Abtaslimpulse liefert, ohne eine zusätzliche Photozcllc eine ständige Kontrolle der Abtastung ermöglicht und 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 angeordneten Photozellen 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 Spannungsanderung 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 'weiten Photozelle zeitlich folgt, bevor der andere Trigger der ersten Photozelle einen Impuls üjfert. und daß dann, wenn auf einen von einem der beiden Trigger einer Photozelle gelieferten Impuls Mm dem anderen Trigger der gleichen Photozclle folgt, ein Slörsigiial ahgoleitet wird, welches die weitere Verwertung der Ausgangsimpulse blockiert.

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

(iemaß weiterer Ausbildung der F.rfindung kann vorgesehen sein, daß die Ausgangsimpulse der Trigger bei fehlerhafter Abtastung der Strichskala im Rieh tungsdisknminator einen Zustund herstellen, der die weitere Impulsuhernahme durch ilen Richltingsdiskriminator sperrt und ein Fehlersignal abgibt.

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsheispiel der Erfindung schematisch dargestellt Fs zeigt I ig I den Aufbau der Abtasteinrichtung.

F ig 2 die Iriggerschaltung.

F'ig. 3 ein Impulsdiagiamm und

F ig 4 das Schaltbild des Diskriminator und der Fehlerkontrolle

Nach eitler bevoraigten Ausführungsforni der Erfindung gemäß Fig, I beleuchtet die Lampe 1 über einen Kondensator 2 die Strichskala 3, die gleichabständige hciUdunkef Markierungen 4 und S aufweist. Das Objektiv 6 bildet die Skala auf den Eintrittsöffnungen 7 und 8 der beiden Pholozcllen 9 und 10 ab.

wobei die Breite der l.ichtejntrittsöffiuing 7 und 8 der Breite der probierten Markierung entspricht. Der Abstand der beiden Phtitu/ellen ist gleich einem ungeradzahligen Vielfachen des achten Teiles des Markierungsabstandes 5. Die Belichtung der Photuzellen ' führt /ti Spannungsanderungen in den Leitungen A und Ii, 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, Jer 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 Datenverar- i> beitungsgerätes angeschlossen sein.

In der Fig. 2 ist die Innenschaltung der an die Photozellen angeschlossenen Trigger 11 für die Photozelle 9 dargestellt. Die Photozelle 9, hier in der Form eines Fototransistors, liegt über dem Arbeitswider- -'<> stand 14 an dem positiven Pol der Betriebsspannung ■+■ ί'. In Abhängigkeit von der Beleuchtungsstarke ändert sich die Spannung am kollektor des Phototransistors 9. Sie beeinflußt zwei Friggei. die aus jeweils zwei gegeneinandergeschalteten üpj/ationsver- - > starkern 15 und 16 bzw. 17 und 18 bestehen. Der Schaltpunkt der gegeneinandergeschalteten Operationsverstärker wird an dem Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen 19. 20 und 21 eingestellt.

Diese Schaltspannungen sind erreicht, wenn der «ι Kollektor des angeschlossenen Phototransistor 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 iles Operationsverstärkers 15 negativ, die des Operationsverstärkers 16 positiv. Nimmt die Kollektorspannung durch höhere Beleuchtungsstärke aut dem Phototransistor ab und unterschreitet mc die 4i> Schaltspannung plus (iffselspannung. so wird der Ausgangucs Operationsverstärkers 15 ebenfalls positiv Der Zustand am Ausgang des Operationsverstäikers 16 ändert sich zunächst nicht. Ii> ist aber die »l!nd<-Bedingung am Nandgatler 24 erfüllt und der r. Ausgang 22 wird negativ. Sinkt die Kollektorspannung weiter, und unterschreitet sie den Wert: Schalt spannung minus Offsetspannung, so wird der Ausgang des Operationsverstärkers 16 negativ, womit die »I nil» -Bedingung <im Nandgatter 24 nicht mehr er- in fullt ist und der Ausgang 22 wieder positiv wird. Da d.is Veihalten der Schaltung unabhängig davon ist. in welcher Richtung sich die Spannungsanderung am Kollektor abspielt, liefert die Anordnung jeweils einen negativen Impuls am Ausgang 24. wenn die Kollektorspannung den doppelten Wert der Offsctspan-ηιΐημ aiii dem Niveau ili-r Schaltspannung durchlauft.

Auf dem Niveau der /weiten Stcuerspannung vollzieht sich mit den Operationsverstärkern 17 und 18 und dem Nandgatter 25 ι in gleicher t'ro/eLi. der eben- mi falls am Ausgang 23 einen negativen Impuls liefert, wenn die Spannung de·· Kollektors des Phototransistors 9 den durch die Offsetspannung gegebenen Spanrtüngsbereicli auf dem Niveau der zweiten Schallspannung durchläuft. _b-,

Ein zweiter Phototransistor 10 ist einer gleichartigen Schaltung 11 zugeordnet, an deren Ausgängen 26 und 27 ebenfalls negative Impulse entstehen, wenn die Beleuchtungsstärke auf dem Phototransistor 10 die den Schalispannungen zugeordnete Werte durch eine Bewegung der Skala durchläuft.

Die Schaltpunktbreite ist gleich der doppelten OfI-setspannung der gegeneinandergeschalteten Operationsverstärker. Sie ist somit außerordentlich klein gegenüber der gesamten Spannungsänderung am Kollektor des Phototransistors. Bei einer Betriebsspannung von IS V und hei einer Offsetspannung des Operationsverstärkers von 4 mV wird der Schaltbereich vollständig durchfahren, wenn die Helligkeitsänderung nur U,i)5^ri beträgt. Damit ist sicheigestellt, 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 27entstehen Impulse, deren Wirkung im Rahmen der Gesamtanordnung an Hand der Fig. 3 dargestellt wird.

Die Heiden Kurven A und H geben die Änderung der Beleuchtungsstärke auf d- lichtempfindlichen riaeile dei riiotolransistoren 9 uiid IO wiedei. wenn die Skala bewegt wird Die Phototransistoren liefern an ihren Kollektoren einne der Beleuchtungsstärkeproportionale Spannung, so daß die Kurven 4 und B au :h die Änderung der Koilektorspannung bei einer Bewegung der Skala darstellen. Die durch den Spannungsteiler aus den Widerstanden 19. 20 und 21 bzw den entsprechenden Widerstanden im Trigger 11 eingestellten Schaltpunkte sind mit L^. /■'„. l>\ und I₁, bezeichnet

Die Folge der Impulse, die sich bei einer Bewegung der Skala 3 ergeben, sind fur die vier Ausgange 22. 23. 26 und 27 ebenfalls in der Fig. 3 mit den Bezeichnungen a. ti. h h dargestellt. Da die beiden Phototransistoren gegeneinander um ungeradzahlige Vielfache von einem ' „ .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 legt, den der zweite Buchstabe kennzeichnet a-a (//) ci-ci (/) b-b (κ) b'-h ( M

ii-ci (/) ci-ci (n) h h (/) b'-h' {ti)

ab (η) ci-b (r) b-a [ti) ha (t)

ah (;l ab'(α) h-ti (r) h-a'(ii)

Die mit ti bezeichneten Impulsfolgen sind fur das Abtastverfahren nicht verwendbar, da sie sowohl bei Rückwärts- als auch bei Vorwärtsbewegung der Skala auftreten.

Die mit ι bezeichneten treten bei Bewegung der Skala auf. die als Vorwartsrijhtung bezeichnet wird, die mit r bezeichneten bei der entgegengesetzten Be- -,-, wejungsrichtung (' Skala, der Ruckwartsrichtiing. Arbeitet einer der I ·π Abtastkan.ile fehlerhaft, so treten Impulsfolgen auf. die mit / Kz lehnet sind Die mit r bezeichnete Impulsfolge ist damit signifikant fur die Bewegung der Skala in der einen, die Mi mit / bezeichneten signifikant tur die Bewegung eier Skala in entgegengesetzter Richtung, wahrend die mit / bezeichneten Impulsfolgen fehlerhafte Abtastung signalisieren. Riehtungsdiskriminicrung und Fehlcrindikation erfolgen in einer Schaltung gemäß Fig. 4. DU: von den Ausgängen 22, 23. 26 und 27 der Trigger gelieferten Impulse schalten teilweise direkt, teilweise über Nanugattcr 28, 29, 31 und 34 die Flip-Flops 36. 37, 38, 39 deren Zustände zusammen mit

weiteren, von den Ausgangsimpulsen der Trigger beeinflußten Nandgaltcrn 40,41, 42 und 43 die Zählimpulsc am Ausgang der Nandgattcr 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 ft-«, so wird der Flip-Flop 36 ohne weitere Folgen in den Ausgangszustand über die Nandgattcr 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 umschallet und das Nandgattcr 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«-Bcdingung 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. 41,44,46 und 48 und dem Flip-Flop 37 die Impulsfolgen entsprechend der vierten Kolumne, die Nandgattcr 29, 33, 34, 42, 45, 47 und 48 und dem Flip-Flop 38 die Impulsfolgen entsprechend der zweiten Kolumne, die Nandgattcr 29, 34, 35, 43, 45, 47 und 48 und dem Flip-Flop 39 die Impulsfolgen entsprechend der ersten Kolumne. Am Ausgang der Nandgaltcr 44 und 45 stehen damit die der Bewegungsrichtung der Skala entsprechenden Impulse zur Verfügung, und sie können einem Vorwärts-Rückwärtszälilcf 13 zugeführt werden, dessen Zustand sich damit mit der Skalenbcwcgung verändert.

Hat jedoch wegen einer Impulsfolge «-«', «'-«, b-b' öder b'-b der Flip-Flop 49 umgeschaltet, so liefert der nachgeschaltcte Verstärker 50 einen Zustand, der über die Leitungen 51 die Nandgatter 30 ± 35 in den umgeschalteten Zustand versetzt, bzw. hält und damit ein weiteres Arbeiten der Schaltung blockiert. Durch eine externe Nullstellung (nicht dargestellt) kann in bekannter Weise der Ausgangszustand gesetzt werden.

Gleichzeitig kann das Signal des umgeschalteten Verstärkers 50 im Zähler 13 zur Sperrung der weiteren Verarbeitung der Zählcfstellung in bekannter Weise verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur inkremental 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 Photozellen (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, bevoi 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 Stors.ignal abgeleitet wird, welches die weitere Verwertung der Ausgangsimpulse blockiert.

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

3. Vorrichtung nach d;n Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet. d?K 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 Fchlersignal abgibt.