DE2265207A1 - Linearmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beto.ti.rungssjsteiii für einen Syncaron-"..:OTjor, der einen l'.oschinentisch und einen in besuuv· auf letzteren versetzt angeordneten I. O;.<f für eine -^ewegung entlang einer einzelnen Achse oder entlang eines Loordinatenachsenpaares relativ au dem l.üscninentisch aufweist, Der Synchronmotor kann auf der Grundlage einer veränderbaren linearen Reluktanz gespeist werden« . eßr-liedeinrichtung.en können an dem Kopf angeordnet sein, um die Verschiebung des letzteren relativ zum haschinentisch entlang der einzelnen Achse oder entlang dem Koordinatenachsenpaar zu nessen. Die von den heßgliedeinrichtungen erhaltenen Signale werden Ctellantriebseinrichtungen an dem Kopf eingegeben, um fortlaufende Verschiebungen des Kopfes relativ zum fcasctiinentisch entlang der einzelnen Achse oder entlang des Koordinaten-

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achsenpa&res zu erhalten, ,,s Κί'ηι-κ.-η den Stellontriebseinrichtungen auch signale eingegeben werden, uw Kraftsignale zur Lrzeugung einer ^r- esteuerten jescüieuniivung des Kopfes relativ au de;;! nascainentisen entlanp: der einzelnen Acnse oder entlang des koordinatenacnsenpasres darzustellen.

In einer anderen Ausführungsforr.j der .Erfindung werden Signale, die die gewünschte '/erschiebun: entlanr der einzelnen Achse oder entlang des koordinatenachsenpaares darstellen, mit ,.jif,nalen Kombiniert, die die Irit-Zerschiebun^ des i opfes relativ sum 1,3-schinentisch entlang diecor Achsen darstellen, ut; Korrektionssignale zur Verwendung in einein ^resciiloi;Genen i'OIgereglerkreis zum Antreiben des Kopfes über die gewünschten Verschiebung-strecken zu erzeugen. i'Ol^ ereglereinrichtunp'en sind auch vorgesehen, um eine Drehung des V-.opfes um die Koordinatenachsen zu verhindern.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Vorsehen eines Synchronmotors, der in einer linearen Dichtung oder in einer ebenen Konfiguration auf einer gesteuerten Grundlage bewegbar ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf Systeme, die einen derartigen Synchronmotor in einem geschlossenen tfolgereglerkreis zum Vorsehen gesteuerter Verschiebungen eines Kopfes relativ zu einem haschinentisch in Übereinstimmung mit Signalen, die gewünschte Verschiebungen des Kopfes relativ zu dem i.aschinen- tischen darstellen, verwenden.

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—» *") ι—

Die Erfindung bezieht sich ferner auf Systeme, die einen derartigen Synchronmotor in einem geschlossenen i'olgereglerkreis sun Verhindern der Drehung des kopfes relativ zum Laschinentisch um eine zur cberflo.che des I.;: scainentisches im wesentlichen senkrechte Achse verwendet.

In dem dem Erfinder vorliegender Erfindung am 1o. Januar 1955 erteilten DB-Patent 2 7OQ 127 wird ein System beschrieben, das einen ..iotationss^nchronmotor und ein Paar mit dem Läufer des . Kοtors zur Erzeugung von Signalen in Übereinstimmung mit der Bewegung d.es Läufers gekoppelten Koordinatenwandler aufweist. Die verstärkten, von dem hoordinatenwandler erzeugten Signale v.^; erden d.er btatorwicklung in dem hot or eingegeben, um die weitere Drehung des Läufers zu steuern. .Bei Schaffung einer derartigen Anordnung wird ein Lotor mit geringen Leistungsverlusten und mit einem im wesentlichen konstanten Drehmoment über weite Lrehfcsahlbereiche geschaffen, hit anderen Porten, wird ein ein Drehmoment erzeugendes System beschrieben, das Drehmoment- und Drehaahlchsrakteristiken ähnlich denen eines Gleichstrommotors aufweist, dessen Lrregerstrora im wesentlichen konstant gehalten wird.

In dem dem Erfinder am 22. Juli 1^69 ebenfalls erteilten US-Patent 3 4-p? 4-ö2 wird ein System zur Lagesteuerung eines Kopfes in jeder gewünschten Stellung auf der Oberfläche eines haschinentisches beschrieben, das bestimmte wichtige Vorteile aufweist, !ίι.ΰ. ist in diesem 'iystero ein kopf vorgesehen, der versetzt,

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aber in benachbarter ^ezieuung zum hocchinentisch angeordnet und aer entlang letzterem simultan und unsbir neig entlang zweier Koordinatenachsen beweglich, ist. ferner v.'ird ein By st em beschrieben, das den Kopf gleichseitig snzutreiben und die !..teilung des letzteren in jedem Augenblick zu berechnen vermag. Der Antrieb des Kopfes durch das in dem US-Patent 3 ¹^l 4-Ö2 beschriebene System kann cuf der Grundlage einer offenen schleife ausgeführt werden.

Annähernd irt mit dem erfindungsgemäßen System ein System geschaffen worden, das die Grundsätze des Systems noch dem US-, Patent 2 VCO 127 in kombination mit dem Antriebssystem des US-Patents 3 4-57 ^ö2 verwendet. D.h. es wird ein Kaschinentisch vorgesehen und ein i-opf ist zu letzterem versetzt, aber in benachbarter .oeziehung angeordnet und entlang einer einzelnen Achse oder entlang einem Paar von Koordinatenachsen relativ zum haschinentisch bew _eglich oder mit Kräften zur Bewegung des Kopfes ausgerüstet, iiefiglieder zur Zusammenarbeit mit dem haschinentisch sind an dem Kopf vorgesehen, um die Verschiebung des letzteren entlang der einzelnen Achse oder entlang dem Koordinatenachsenpaar darstellende Signale zu erzeugen. Die von den Keßgliedeinrichtungen erhaltenen Signale können auch mit Signalen kombiniert werden, die die Kraft zum Erhalten gesteuerter Beschleunigungen des Kopfes entlang der einzelnen Achse oder entlang des Koordinatenachsenpaares darstellen.

Obgleich bei der vereinfachten Annäherung an das erfindungsgemäße System die Meßgliedsignale oder letztere in Kombination

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mit den Signalen, die die Kraft zur Steuerung der Bewegung des Kopfes relativ zu dem haschinentiscti darstellen, verwendet werden, "werden bei einem typischen vollständigen System Signale verwendet, die eine gewünschte Verschiebung entlang einer einzelnen Achse oder entlang der Koordinatenachse darstellen. Diese die gewünschte Verschiebung darstellenden Signale werden mit den die Ist-Verschiebung darstellenden Signalen kombiniert, um Korrektionssignale zu erzeugen, die jede Differenz zwischen den gewünschten und den Ist-Verschiebungen darstellen. Diese Korrektionssienale werden in einem geschlossenen Folgereglerkreis verwendet, um die Kräfte zur Erzeugung nachfolgender Verschiebungen des Kopfes entlang der Koordinatenachsen zu steuern, so daß die Ist-Verschiebung des Kopfes der gewünschten Verschiebung entspricht.

Die 1-eßflieder sind paarweise für jede Koordinatenachse vorgesehen, wobei die Köpfe in jedem Paar von einander in einer Richtung quer zu der Verschiebung, die d.ie heßglieder messen, versetzt sind, aus diesem ^runde verursacht jede Drehung des Kopfes eine Verschiebung in einer Richtung eines Paares der Meßglieder und eine Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung des anderen Paares der Meßglieder. Die Verschiebungsdifferenzen zwischen den beiden heßgliederpaaren werden in einem geschlossenen Folgereglerkreis verwendet, um jeder Drehung des Kopfes um irgendeine Achse im wesentlichen senkrecht zu einer Fläche, die das Koordinatenachsenpaar einschließt, entgegenzuwirken.

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Obgleich die Erfindung hinsicatlicb. ebcnflo.chig wirkender Elemente beschrieben worden ist, ist die Verwendung anderer Arten νου !.lementen möglich, und die Koordinatenachsen können durch andere J.iichtmai:-.e ersetzt worden, insbesondere wenn ein geschlossener Folgereglerkreis verwendet wird, um eine jbewegun.fr des kopfes in Übereinstimmung mit den die gewünschte Verschiebung darstellenden Signalen zu erhalten. So kann z.B. die Bewegung des Kopfes in zylindrischen Koordinaten mit einem geschlossenen Folgeregierkreissystem erhalten werden, das die die gewünschte Verschiebung darstellenden Signale erzeugt. Obgleich auf einen magnetischen Kopf in der Beschreibung Bezug genommen worden ist, können auch andere Kopfarten, z.B. pneumatische, verwendet werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnung. Darin sind:

Fig. 1 ein Grundriß, der schematisch einen Kurvenschreiberkopf darstellt, wie er mit dem erfindungsgemäßen System verwendet wird,

Fig. 2a eine schematische Barstellung, die I-'ießgliedeinheiten zeigt, die in dem erfindungsgemäßen System verwendet werden können,

Fig. 2b eine schematische Darstellung, die Stellenantriebseinheiten des Kurvenschreibers zeigt, mit dem das erfindungsgemäße System verwendet werden kann,

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Ji'ig. 5 ein Blockdiögrannn, das die Grundarbeitsstufe eines vereinfachten SysteuG geuriß der Erfindung zeigt,

r·

.Pig. 4- eine scnematißche i>ars teilung, die ein geschlossenes oc-.ileiiensystevii zur Steuerung der jjewcgung des Kurvenschreiberkopfes entlang zwei Koordinatenachsen und zur Verhinderung der Lrehung des kopfes zei^t und

ji^lxg. 6 ein Vektordiagramm, das den betrieb des in J?ig. 4- gezeigten Systems darstellt.

Kurz beschrieben weist das erfindungsgernäJäe System einen Maschinentisch und einen im Abstand zu letzterem, aber in benachbarter Beziehung angeordneten und zum käsehinentisch relativ beweglichen Kopf auf. Leßgliedeinrichtunr.en sind am Kopf angeordnet, um die Verschiebung des Kopfes relativ zum Maschinentisch zu erfassen, und Stellantriebs.",;ittel sind ebenfalls am Kopf an eordnet, um Krefte zum Antrieben des Kopfes relativ zum i,aschinentisch entlang einer einzelnen Achse oder entlang dem Paar Koordinatenachsen zu erzeugen. Uer Stellantrieb weist uindestens ein Paar Stellatitriebsaggregate zur Steuerung entlang einer Achse auf und zwei Paar derartiger Aggregate können für eine Steuerung entlang zweier Achsen verwendet werden. Eine i.eügliedeinheit ist unmittelbar am Maschinentisch zwecks einer Bewegung mit dein Stellantrieb angeordnet, und es ist mindestens ein Paar Meßglieder für eine einzelne Achse und zumindest ein weiteres Meßglied oder.ein weiteres Paar Meßglieder für ein Paar Koordinatenachsen vorgesehen. Ein Aggregat eines jeden

^v 8 0 9 8 8 5 / 0 0 0 A bad original

heßgliedpaares wir-Kt mit dem haschinentisch zusammen, um ein erstes Signal mit einer ersten trigonometrischen Funktion zu erzeugen und dos andere ^ ;:rerat jeden Y-e-oves wirkt mit dein Lascoinentisch zwecks Jirzeugung eines zweiten Signals zusammen, dessen millkurve um ^L)C° von der ersten trigonometrischen Punktion phasenverschoben ist. In einer Ausführungsform spricht das erfindungsgemäße System auf die rießgliedsignale oder auf die I-ießgliedsignole in Kombination mit Signalen, die die Kraft zur Steuerung der Betriebsweise der Stellantriebseinrichtung zwecks Anordnung des Kopfes relativ zu dem Laschinentisch darstellen, an.

Bei einer anderen Ausführungsform sind ein Paar trigonometrischer, jeweils zueinander um ">'O phasenverschobener Signale vorgesehen, um die gewünschte Verschiebung des Kopfes relativ zum laschinentisch entlang einer einzelnen Koordinatenachse anzuzeigen. Diese Signale werden mit dem Keßglied für die einzelne Achse verglichen, um eine Abweichung oder i'olgereglersignale für die Stellantriebseinheiten zu erzeugen. Die -Folgereglersignale werden in einem geschlossenen Folgereglerkreis zur Steuerung des Betriebs der Stellantriebseinheiten verwendet, so daß die Ist-Verschiebung der Meßgliedeinheiten den gewünschten Verschiebungen der Meßgiiedeinheiten entsprechen. Wo die Verschiebung des Kopfes relativ zu dem haschinentisch entlang einem Paar von Koordinatenachsen zu steuern ist, wird ein zweites Paar trigonometrischer Signale mit einer Phasenverschiebung um 90° mit den Signalen von einem zweiten Paar I-ießgliedeinheiten verglichen, um Folge-

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reglersignale für die Steuerung des betriebs der .jtellantriebseinheiben für die zwei be Koordinatenacase zu erzeugen.

!-,ine !Drehung des Stellantriebs um aine A cn se senkrecht zu den Achsen des Stellantriebs wird durch 1 ittel einer Gegendrehungshilf'ssteuerung verhindert, die mindestens ein Paar aneinander gegenüberliegenden Seiten des Kopfes angeordnete Meßglieder zur Urzeugung von Signalen in Übereinstimmung mit irgendeiner Drehung des Stellantriebs verwenden. Diese Signale werden in geeigneter weise verarbeitet und zum Antreiben oder hodifizieren des geradlinigen Antriebs der einander gegenüber angeordneten •„■tellantriabsköpfe verwendet, um jeder Tendenz seitens eines Kopfes hinsicütlich einer Drehung entgegenzuwirken.

„ie aus den !Figuren 1, 2a und 2b hervorgeht, ist ein haschinentisch 15 und ein Kopfaggregat 11 vorgesehen. Letzteres weist ein Stellantriebsaggregat 12 und einen darauf gelagerten fceßgliedsatz 14- auf. Das Stellantriebsaggregat 12 und der heßgliedsatz 14 arbeiten vorzugsweise magnetisch (wie in dem US-Patent 5 4-57 4-82 beschrieben und beansprucht ist), wobei jedoch, ohne den Liahmen der Erfindung zu verlassen, andere Arten von Stellantriebsaggregaten 12 und Keßgliedsätzen 14- verwendet werden können. Z.B. können pneumatisch arbeitende Aggregate verwendet werden. Das Kopfaggregat 11 ist in unmittelbarer Nachbarschaft des Laschinentischgliedes I5 auf einem Luftlager, das zwischen den Öffnungsoberflächen des Kopfelementes und des Haschinentisches gebildet wird, gelagert. Dieses Lager wird durch eine pneumatische Versorgungseinrichtung, die über die Leitung I7 ge-

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speist wird, gebildet.

Das StellantriebSc^-'i-re-rat kann zv;ei ähnliche, vorzugsweise magnetische Stellantriebe ^Uo, 2ob und 21a, 21b zur Steuerung· der linearen Dev:egung entlan·· der x-/,chse sov;ie zwei vorzugsweise magnetiscne Stellantriebe 22a, .-2b und s3a _? 23b zur Steuerung der Bewegung entlang- der y-Achse aufweisen. Lie Stellantriebe 20a, 2Ub sind in ähnlicher V₁ ei se wie die im einzelnen in dein US-Patent 3 ^57 ^ü2 beschriebenen Stellantriebe ausgebildet. Obgleich zwei 'Stellantriebe vorzugsweise für jede Achse vorgesehen sind, kann auch nur ein Stellantrieb _£-ua, 20b für eine Achse vorgesehen sein. Jeder aer Stellantriebe v/eist ein PoI-paar auf, wobei der Stellantrieb -Oa, i.'ie dargestellt ist, mit Zähnen a und a¹, die eine ähnliche stellung relativ zu den Zähnen auf dem ί· aschinentisch aufweisen, und mit Zahnen c und c¹ versehen ist, die in gleicher Beziehung, jedoch versetzt von den Zähnen a und a¹, relativ zu den /V.Ihnen auf dem i-.aschinentisch angeordnet sind.

Der hascninentisch 1> kann aus magnetischem Katericl hergestellt sein und parallele, im Abstand zueinander angeordnete Nuten 15a aufweisen. Die Nuten 15a können mit Kunststoff hinterfüllt sein, wobei zwei Bätze gegenseitig rechtwinkliger Muten vorhanden sind, die zu den "x" bzw. "y" festlegender Achsen parallel sind. Die 6onen oder Zähne aus magnetischem Material 26 können nach oben zwischen die hüten vorragen und sie weisen dieselbe Teilung wie die Zähne in den Stellantrieben auf.

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ν»·ie ausführlich in dein US-Patent 5 4-57 ö42 dargelegt ist, stellen die Stellantriebe 20a und «2Ob den Kopf i!ogne tisch in eine Stellung ein, in der sie entlang des Loschinentisch.es 15 in Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden, pulsierenden Stromsignalen, die mit der einen oder anderen Polarität den u.ogneti sehen Spulen 30 und 51 zugeführt werden, gelagert sind. rJine Analyse des Stellantriebs nach Pig. 2b wird aufzeigen, daP diese Vorrichtung v;ie ein linearer Zweiphasen-Synchronraotor arbeitet, der eindimensional durch I.ittel eines Signalpaares, das eine trigonome-. trische funktion aufv.'oist und an die Lagnetspulen 30 und 31 geliefert wird, eingestellt werden kann. Die Ströme können um 90 phasenverschoben we-den, um Sinus- und Kosinussignale zu erzeugen, liine Bewegun-jsrichtungsurakehr kann durch eine 180 -I'hasenumkehrung eines der Signale mittels drehung der Signale erreicht werden.

Der Leiogliedsatz 1A- weist ein Paar einander gegenüber angeordnete r-ießglieder 36 und 37 für die x-Achse und ein zweites Paar Lebglieder 3& und 39 für die y-Achse auf. Alle foeßglieder können ähnlich ausgebildet sein. Eine Ausführung der heßglieder (I-jeßglied 3ö) ist in Pig. 2a dargestellt. Wenn es sich um magnetische Leßglieder handelt, kann der Meßgliedsatz 36 einen ersten und einen zweiten nagnetkern 40 und 41 aufweisen, die untereinander durch ein magnetisches Kreuzstück 42 verbunden sind, -^ie Magnetkerne besitzen Polstücke 4« bis 51₅ die zwecks Bildung von Zähnen 55» clie in der 'Peilung den an dem Maschinentisch ausgebildeten Zähnen entsprechen können, mit Kuten versehen sind.

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- ΛΖ -

Wenn die Ent for nun ρ: zwischen den Zaiinviduten benachbarter ÜJum 26 mit "p" "bezeichnet wird und die Entfernung eine Verschiebung von vbC° darstellt, ist ersichtlich, daß die Zähne der Polstücke 4ö und 49 von ο en Zähnen der Polstücke 5^ und 51 um p/4· oder einem Zwischenraum von 90 und daß die Zähne der Polstücke 4b und 4-9 und die Ratine der Polstücke 50 und 51 entsprechend zueinander um ρ/2 oder 1oC versetzt sind. Obgleich ein aus vier Polstücken gebildetes iuehr-phasiges System bevorzugt wird, kann jedes mehrphasige Systeci mit iidndestens drei Polstücken verwendet werden, wobei die winkelbeziehunrr zwiscnen den verschiedenen Phasen von der Anzahl der Polstücke abhängig ist.

Die Reluktanz zwischen den Zähnen der Polstücke und den Zähnen des haschinentisches und somit der Fluß dazwischen variiert als eine Funktion der linearen Lagesteuerung der Keßgliedpolstücke relativ zürn haschinentisch. Daher ist z.B. das Polstück 50 in Fig. 2a in einer Stellung minimaler Reluktanz relativ zu den Zähnen auf dem liaschinentisch gezeigt, so daß ein maximaler Fluß in dem Polstück 50 erzeugt wird, während das Polstück 51 in einer Stellung maximaler Reluktanz relativ zu den Zähnen auf dem Maschinentisch gezeigt ist, so daß ein minimaler Fluß in dem Polstück 51 erzeugt wird. Die Polstücke 4ü und 4-9 sind in Fig. 2a in einer Stellung gezeigt, in der für die Erzeugung eines mittleren Flusses gesorgt wird. Daraus ergibt sich, daß der Fluß in den Kernen 40 und 41 in Übereinstimmung mit der linearen Lagesteuerung des Meßgliedes variieren wird, wobei die Flüsse in den Kernen 40 und 4-1 um 90° zueinander phasenverschoben sind.

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Die Kerne können mit einem Frecuenztr^ererregungssignal E. t, das von einer Signalquelle 52 an die 3pule 53 geliefert -wird, erregt werden, wobei E- die Amplitude und oi die Frequenz des Frequenztregersignals darstellen. Das Frecjuenzsignal kann eine Frequenz in der Größenordnung von 50 Kilohertz aufweisen. Das Signal wird in Übereinstimmung mit Veränderungen im Fluß in den Lernen 40 und 41 moduliert. Eine Meßgliedsekundärspule 60, die auf den Kern gewickelt ist, besitzt comit ein Ausgangssignal, das sich darstellen läßt als

2 1Kx sinoJt sin (1)

wobei ρ die Zahnteilung (d.h. den Abstand zwischen der Zahnmitte benachbarter Zähne) und x^ die Verschiebung des Stellglieds relativ zum heßtsfLch entlang der x-Achse darstellen.

Das Ausgangssignal der auf den Kern 41 gewickelten Spule 62 weist eine Eodulationskornponente mit einer Phasenverschiebung um 90 in bezug auf das Ausgangssignal der Spule 60 auf und läßt sich wie folgt darstellen:

2 η χ,

E_d sinWt cos (2)

Somit zeigt sich, daß die Stellglieder für um 90° phasenverschobene Ausgangssignale sorgen, die mit periodischen Beziehungen in

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inntimmun;;· ι.it e'er Ist-Verse i-iiobnn; des i>opfes entlang des naschinentiscLios versehen sind, i/in Ic.r u'.;i 90 phasenversclxobener Signale von den i.ei^; _:; liedcri) j.'ur· die y-Aclise erzeugt.

In Ji-Z· 5 ^1G"t di° ürundarboitsv/eise eerier vereinfachten jj'ortu des Systems geüuii der Krfinuung dargestellt, ^r.it dem für eine bewegung des Kopfes rel3^!;iv zu¹:: ϊ aschinentisch entlang einer einzelnen Achse Gesorgt vird. ^ei dieser vereinfachten i'Orra des Systems werden die Stellantriebe 1..^J. entlonp; der einzelnen Achse in Ubereinstimmuno· mit den um 90° phasenverschobenen Signalen, die die Verschiebung der Le clieaer relativ zum l·.aschinentisch entlang einer Achse, z.r>. der x-Achse, darstellen, anf;eti"ieben. ■.iiejvorgehend beschrieben, v;erden die um 90° phasenverschobenen Signale dargestellt durch E. sin (2 7Γχ,/ρ) und E. cos (23Tx Diese üignale werden bei 1b und 19 verstärkt und dem Stellantrieb 12 eingegeben, um Kräfte für einen Antrieb des Kopfes durch den Stellantrieb in Übereinstimmung mit diesen Signalen zu erhalten.

Zusätzlich zu den Signalen von den Meßgliedern 14 können auch Sollwertsignale durch eine Steuereinrichtung 16 erzeugt werden, Diese Sollwertsignale stellen eine Steuerkraft dar, um eine gesteuerte Besche^-unigung des Kopfes relativ zum Haschinentisch vorzusehen. Die Sollwertsignale können als "Ki " dargestellt werden, wobei K eine Konstante und i ein Strom zur Erzeugung der Beschleunigung ist. Das Sollwertsignal wird jedem Verstärker sowie iJtouerkreisen 16 und 19 von der Steuereinrichtung 16

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eingegeben. Die Verstärker 1ö und 1^ verstärken das Signal "1χί_η" und die Leß^liedsignale d-es I ei.-gliedes 14. Der Verstärker und d.ie oteuerkreise 1ü und 1^ speisen in die zugeordneten otellantriebsspuien des linearen Stellantriebs 12 Antriebsstrome

^£~ // "Yt d

-, sin und Ki K. cos '— ein. Der

P P

lineare Stellantrieb wird somit in ^-bnun;;igkeit von um ¹^O⁰ phasenverschobenen Signalen betätigt, die die Stellung des Keßgliedes darstellen, und in Übereinstimmung mit dem Sollwert-Signal Ki_ beschleunigt.

In i'ig. 4 wird der Betrieb einer Ausführungsform eines geschlossenen Folgereglerkreissystems gemäß der ivrfindung schematisch dargestellt, mit d.em die bewegung des Kopfes relativ zürn haschinentisch entlang einer einzelnen Achse gesteuert wird. In ]?ig. ^L\- ist nur eine einzige der Steuerschleifen für eine der Achsen (x-Achse) gezeigt. Ahnliche Üteuerschleifen können für andere ßteuerfunirbionen vorgesehen werden. In der in l^?ig. 4 gezeigten Ausführungsform wird die Ist-Verschiebung des Kopfaggregates entlang der x-Achse mit der gewünschten Verschiebung des letzteren entlang der x-Achse verglichen, um ein Korrektionssignal zu erzeugen. Dieses Korrektionssignal wird in einer eine geschlossene Schleife bildenden Servoeinrichtung zur Erzeugung einer Bewegung des Kopfaggregates entlang der x-Achse verwendet, so daß die Ist-Verschiebung des Kopfaggregates genau der ge-

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wünschten Verschiebung entspricht.

Bei der in Fig. 4 gezeigten i-aisfiihruni sforni empfangen die Magnetischen Meßglieder 14 ein Frequenzträgersignal E^ sin GJt von der Frequenztrügersignalquelle 52 und erzeugen in Übereinstimmung mit der Lagesteuerung des Kopfes 11 um 90° phasenverschobene heßgliedsignale, wie sie in den Formeln (1) bzw. (2) dargestellt worden sind. Diese heßgliedsignale werden mit "Phase A" und "Phase B" bezeichnet. Las Phase-A-fießgliedsignal wird in dem Demodulator 65 moduliert, um durch die Formel

2 TTx

K_dE sin

dargestellte Signale zu erzeugen, während das Fhase-B-I-Ießgliedsignal in dem Demodulator 66 zur Erzeugung von durch die Formel

K,,L, cos
d d

dargestellte Signale moduliert wird, wobei K, eine Konstante ist, Die Ausgangssignale der Demodulatoren 65 und 66, die die um 90° phasenverschobene fteßsignale darstellen, werden Iiultiplikatoren 70 und 71 eines Fehlerwxnkeldetektors 72 eingegeben.

Ein Sollwertgenerator 75 erzeugt Signale, die die gewünschte Verschiebung des Kopfes relativ zum Kaschinentisch darstellen. Von dem Sollwertsignalgenerator 75 wird dem Multiplikator 70 ein Sollwertsignal der Formel

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iTx_r

KE cos (-j)

° ^C D

eingespeist, wobei X_n άίβ bollwertverSchiebung, E die Scheitel spannung des Sollvertsignais und K einen konstanten Signalfaktor darstellen, Dieses Gignal wird in dem Lultiplikator ^r/O wit de-:· LeBgliedsignal A multipliziert, das durch die Formel h.E. sin 2 Xj/p dargestellt worden ist. Entsprechend kann das Ausgangssignal des Multiplikators 70 durch die üOrrnel

2 /Tx₀ 2 7Τχ_ά

Kc:i. ä r, cos sin

^{c d} ρ

dargestellt werden. Vom Sollwertsignalgenerator 75 wird dem !Multiplikator 71 das folgende Sollwertsignal

2 sin

^{c c} ρ

eingespeist.

Dieses Signal wird in dem Multiplikator 71 mit dem Keßgliedsignal B multipliziere, das durch die Formel Κ,Επ cos 2 "x^/p beschrieben worden ist. Das Ausgangssignal des Multiplikators kann entsprechend durch die Formel

2^x 2?Tx

W^Ed ^{sin cos}

P P

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dar f. e ε ΐ ο 111 w e r den.

Iac Ausganrssignale des i- ultiplikatorr; ^r/L und yi wurden einer Addisticnsvorrichtung ^r/ö einf.e; eben, worauf dos Aus^unrsüignal des Multiplikators '}'O von den) jLUsganrssignai des l-.ultiplikators '/1 subtrahiert wird, iinhand einfacher trigonometrischer Analysis kann ^c-zeigt werden, daß die üubstraktion in dem Addi&tionss^stem 7t^; der üignale in den !Multiplikator ^r/O von den Signalen des i.ultiplikators 71 in einem l/inicelsignal

^Kc^Kd^Ec^Ed

resultiert.

Fig. 6 zeigt die Bedeutung der trigonometrischen Funktion, wie sie gerade durch die Formel (5) dargestellt worden ist. 'Jie aus

2ftx

£"ig. 6 hervorgeht, wird die gewünschte Verschiebung c durch

P einen Winkel <f~ dargestellt und von dem Sollwertgenerator 75

2 TT χ

nach Fig. 4- erzeugt. JJie Ist-Verschiebung d wird von dem

P magnetischen heßglied 14 nach Fig. 4 erzeugt und durch den

Winkel β in Fig. 6 dargestellt. Die Differenz zwischen der gewünschten und der Ist-Verschiebung des Kopfes ergibt sich

durch den WinkeloC-0, der den Wert ² ^c " ^xd^ hat. Da 2IT(x - x) P 2^(X - χ )

- x) 2^(X - χ

sin ^- für kleine Werte des durch —

2iT(x_c - x_d) dargestellten Winkels praktisch — ist, kann der

wert von sin ' ^^cc ~ ^xd^ als das Korrektionssignal oder das

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logesteuersignal zur Steuerung anschließender Bewegungen des Kopfes relativ zum Kiaschinentipch angesehen werden, so daß die Ist-Verschiebung des Kopfes der gewünschten Verschiebung des letzteren entspricht.

Das Ausgangssignal der Additionsvorrichtung ^r/ö wird einem Kompensationssystem oü eingegeben, das ein herkömmliches Servosystem mit Dämpfungssehaltunf mit Ihasenvor- und Thasenrückdrehung sein kann, das zur ^^stabilisierung dos ^'olgekreises bestimmt ist. Da's AuEgangssignai des Kompensationsnetzwerkes bO wird durch Kittel eines Verstärkers uj verstärkt und über eine Beschleunigungseingabevorrichtung b1 den Multiplikatoren 84 und ö5 eingegeben. Das Korrektionssignal wird mit den) von der "Phase A" deraodulierten Keßgliedsignal multipliziert, wie durch das stationäre iüegelabweichungssignal wie folgt modifiziert ist,

₁ (_c d^

K sin sin 2 9__ (₆)

P P

wobei K eine Konstante ist.

Das Ausgangssignal des Multiplikators Ö5 ist das "Phase-B"-Lagesteuerungssignal, das das demodulierte "Phase B" Meßgliedsignal darstellt, das durch das Korrektionssignal wie folgt modifiziert wird:

ifx- 2iT(ac - χ ) S _sin £ ±- (₇)

P P

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Das "j.-hase-A"-Steuerungssignal wird einem Steucrungsverstcrker 90 eingegeben, eier ein Stromsteuerungssignal zur¹ steuerung der "A-Fha;.-: en "-Einheit des magnetischen .Stellantriebs 2 erzeugt. In ähnlicher ',/eise wird das "Β-Ϊ-h83enⁿ-Lagecueuerungssignal einem Steuerungsverstärker 91 eingegeben, der ein ütromsteuerungssignal für die "U-i-hasen-"-8tellsntriebseinheit dos magnetischen Stellantriebs 12 erzeugt.

Es muß bemerkt werden, daß ein Korrektionssignal (x - xj vorhanden sein muß, um die Erzeugung von 1acesteuerungssignalen zu ermöglichen, Bei einer Betrachtung der Formeln (6) und (7) wird deutlich, dal.- die Steuersignale den Uert Kuli annehmen, wenn (x - x,) gegen Null geht, JJ ie Größe des Korrektionssignals ist abhängig von der durch das Steuersignal dargestellten Belastung und dem ansprechen des i'Olgereglerkreises. ^ei kleinen Korrektionssignalen zeigt es sich, daß der magnetische Stellantrieb von Signalen gesteuert werden wird, die eine relativ kleine amplitude aufweisen. Auf der anderen ^>eite werden bei relativ großen Beschleunigungssollwerten, wie sie im allgemeinen bei einer Datenregistrierung auftreten würden, Korrektionssignale mit relativ großer Amplitude erzeugt, um Steuerströme mit großer Amplitude für den stellantrieb vorzusehen. Diese eine große Amplitude besitzenden Steuerströme sorgen für die notwendige schnelle Lagesteuerung des Stellantriebs, so daß die Hegelabweichung schnell gegen Null hin vermindert wird. V/enn sich der Stellantrieb der.gewünschten Verschiebung nähert, verringert sich die Amplitude des Korrektionssignals, damit sichergestellt

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wird, daß der kopf an der gewünschten stellung anhält.

.■-as System vermag wegen seiner geschlossenen j?olrere;;;lorkrcisstouerun;-.· schnell und genau auf die Gollwertsignaleingänge on_ auspreciien. ^s ist hervorzuheben, daß 'bei einem x-y-Achsen-Lurvenschreiber dos Systera i:u allgeueinen ^ichtungs- und Gescuwindigkeitsanderungen in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfahrt, so daß die i'Qii~keit genau auf solche }3GschleunieungB-sollv:erte anzusprechen, wichtig ist. ^er ijeschlossene l'olgereglerkreis gemäß der -Erfindung sorgt für ausgezeichnete Ansprechcharalcteristiken für derartige Vorrichtungen.

In i'ig. 5 ist nun se hem a ti sch eine Ausführungsf orm eines vollständigen zweiachsigen oteuerkreises gezeigt. Diese Husführungsfornr weist zusätzlich eine Steuerung zur Verhinderung einer Drehung um eine Achse im wesentlichen senkrecht zu einer die x- und y-iichse einschließenden Oberfläche auf. S& ist festzustellen, daß das Steuerungssystem für jede der beiden Achsen im wesentlichen das gleiche ist. Zunächst wird das x-^chse-Steuerungssystem beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen zur iitstirrimung gleicher Komponenten gemäß I^|lig. 4 verwendet werden.

Ein Keßgliedsatz 14 weist zwei Paar Keßglieder 4-Oa, 41a und 40b, 41b auf. i»ie Meßglieder erhalten eine l^requenzträgersignalerregung von einer i'renuenzträgersignalquelle 52 über Erregerspulen 5Gs bzw. 50b. Die an entgegengesetzten Seiten des heßgliedsafczes angeordneten j-.eßglieder 40a, 40b und 41a und 41b

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werden ^ur i.llcrn i-imrr· ^ivtoiv;oj.-ter: ν: u ι e^; ';iiedrer olabveichungen veryenuot, die von einer; unDe^br^ekti ton Drehung des ijatzcs u\~> eine -eise ii.. v;c.,cirtiicb.en renkvecht su einer von der x- und ^--Ach:;fj -.obiiuoten .-."hone rcosrltioi'on können, .uie opuicn oGo und oüb aoi¹ i.e.₀iioder 4üc und ^k.-b sind in λ eine ■ eccnaltet, wobei die Luden dieser icihenscaaitun;; v;u eineii! ;Jiv !liervfirst.'rker 1C2ü [-ο führt sind, jjie^er i/er? t^rker veist ⁷.i'hlscnaltun!_;en auf, mit denen die i^in^onresi.; neue addiert un·.: euren av;ei dividiert werden, um ein Ausr;on; ε:^:;ί- na.L in ι b'.j:ej.nf:;tii;jrnunfr rr.it dem r-iittelv;ert der <-<i: nale zu oxv;eu;ea. ^ur cJie.oe .«eine wird von den uotationsouweiciiun.".en in den _ .ei iiodsi^nolen ein i-.iübelv/ert herausgezogen, u;n für eine /c;rsc :iebun_:··;· !-es Stellantriebs entlang eier x-Achse zu sorgen.

Das Aus; .an;■ ssi,-nai α es Verst-.rKors 102a wird in eineiVi demodulator 6i>a demoduiiert und mit den x---cusen-3oliv;ertsir=;nals in einem ii'ehlerwinkeldetektor 7^3» v;ie in verbindung mit i''i[;. 4-beschrieben worden ist, verarbeitet, ^ür eine Kompensation des Folgereglerkreises v/ird durch wittel eines Koopensabionsnetzwerkes öüa gesorgt, dessen Ausgang durch, idttel eines Verstärkers ö^a verstärkt und durch "A-ihase" und "B-rhase"-l^vießgiiedsignale in hultiplikatoren β^a bsv/. o>a verstärkt werden. Die Ausgangssignale der i^ultiplikstoren ö^J-a und öpa werden durch hittel von Verstärkern 11üa und 111a verstärkt, und die Ausgangssignale dieser beiden Verstärker werden zugeordneten Steuersendern 90a bzw. 9"la eingegeben.

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"Der Ausgang des Steuersenders 90a wird zur erzeugung eines Steuersignals für die Spulen 30 der Stellantriebsglieder 20a und 21a verwendet, während der Steuersender 91a sur Erzeugung eines ,^teuersignals für die otouerspule 51 des Stellantriebs 20b und 21b verwendet wird. i»ie -Betriebsweise des Systems zur Lagesteuerung entlang einer einzelnen Ach.se ist bereits beschrieben worden, so dcß sich eine Wiederholung erübrigt.

Eine Steuerung der y-Achse-dtolIantriebsagnrGgate 22a, 23a und 22b, 23b wird in Verbindung mit dem Leßgliedsatz 38 und 39 in eier gleichen weise, wie bereits für die x-Achse beschrieben worden ist, bewirkt, -^ie .Stellantriebsaggregate 22a, 23a, 22b, 23b und die zugeordneten SysteukoLiponenten sind mit den gleichen iiezugszeichen wie die entsprechenden oben in bezug auf die x-Achse beschriebenen Elementen versehen, ^ei jedem Beispiel sind jedoch die Komponenten für die y-Achse durch den Buchstaben "b" anstatt durch den Buchstaben "a" wie bei der x-Achse bezeichnet.

l-.it ^ezug auf J?ig. 3 wird nun ein 'iegenrotationskreis beschrieben, der in einer ..'eise arbeitet, do£ er für eine Steuerung zum Zählen jeder -endenz seitens des Kopfes, sich um eine Achse senkrecht zur x- und y-Achse zu drehen, sorgt. Es muß bemerkt werden, daß nebst des geschlossenen liOlgereglerkreises eine gesonderte Steuerschleife benötigt wird, um eine Drehung zu verhindern, daß sie aber in Verbindung mit den heßglied- und Stellantriebseinheiten nur für eine der Positionierungsachsen

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verwendet zu werden braucht.

Die Keßgliedspulen 60a und 60b der ϊ-.eßgliedsätze 40a und 40b sind mit de^ entgegengesetzten 2nden der Spulen in Keine geschaltet und ihre allgemein gekoppelten Teile sind einem Differentialverstärker 120 zugeführt. Diese iieihenschaltung der Spulen 60a und 60b ist auch mit dem Differentialverstarker 120 verbunden, um ein ßezugspotentisl, wie z.B. ein Erdpotential, für den Verstärker zu schaffen, so daß letzterer ein die Differenz zwischen den von den Spulen 60a und 60b kommenden Signalen darstellendes Signal erzeugen kann. Die Amplitude des Differentialverstärkers 120 stellt somit die Differenz zwischen den Signalen in den zwei Tießgliedspulen dar, und zwar wie folgt:

sin 2 t i2L±*ll _ _{sin 2} ^ J

wobei E, sin (P t das von der Frequenzträgersignalquelle 52 an die Heßglieder gelieferte Frequenzträgersignal ist und (x + Δ χ) die Bewegung einer der Keßgliedeinheiten 40a und 40b entlang der x-Achse sowie (χ -Δχ) die Bewegung des anderen Ijeßgliedsatzes entlang der x-Achse darstellen.

Es muß bemerkt werden, daß die "Δχ" Zunahme (Δ x) der Drehung der iießglieder zuzuschreiben ist. Im Hinblick auf die entgegengesetzte Lagesteuerung der beiden verwendeten Meßgliedsätze bewirkt die aus der Drehung resultierende -^ifferentislverschiebung die einem frengliedsatz des Paares zu addierende und von dem

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anderen Meßgliedsatz des Paares zu subtrahierende Differential-Verschiebung.

Die Leßgliedspulen 62a und 62b der keßgliedsätze 41a und 41b sind in ahnlicher Weise derart geschaltet, daß die von diesen Spulen ausgehenden signale dem i>ifferentialverstärker 121 eingegeben werden. Wie bereits bemerkt, sind diese Signale in bezug auf die in den ließgliedern 40a und 4Lb erzeugten signale um 90 phasenverschoben, so daß sie am Ausgang des Verstärkers 121 wie folgt erscheinen:

E_dsino0t C cos Zf - cos 2 T

¹ -j »JXJ.J. WW U ^· W W »J ί ™ W V^ |^> I— ·■ .J \ -S /

Die von den Verstärkern 120 und 121 ausgehenden öignale werden in den Demodulator en 123 bzw. 124 demoduliert, um die Frequenztragerkoinponente (sin tut) daraus zu eliminieren. Die Ausgangssignale der Demodulatoren 123 und 124 werden durch die Formeln

sin 2 ψ - sin 21

vom Demodulator 123 sowie durch

cos

2ir - cos 2

von deru Demodulator 124 dargestellt.

609885/0004 _{BAD O}r,_G,_Nal

c.Ό

Ls ist bekannt, daß

_cos 2J

Da analog

= _sin ψ£ cos ^^ + cos ^p sin

_sin 2U^ _{= sin} ist.
Daher gilt

. 2Γ(χ-Αχ) 2Tx

_in x__ _ _sin __ _cos

609885/0004 _BAD

_cos 2*ί2ψχ1 . _cos 2J

cos 2 ix^l, _cos 2JTx _cos 2T^ _{+ sin} 2Jjc _s±n P PP P

ist, gilt

_{cos cos} p _{sin sin} ψ _2sin

_sin 2££χ _ _cos 2JTx

Das Ausganrssignal des Demodulators 123 (Gleichung 10) wird dem Multiplikator 126 eingegeben ^ wo es mit dein Ausgang des Demodulators 66a, der die Kosinus-Phasen Stellung des Keßgliedsignals ist, multipliziert wird, welcher Multiplikand dargestellt wird durch:

TS ein 2*p (12)

Das Ausgangssignal des Demodulators 124 (Gleichung 11) wird in dem l-iUltiplikator 127 mit cle^ffl Mehrwert des Ausgangssignals des Demodulators 65a multipliziert, das das "Sinus-Fhasen¹¹-Stellungsmeligliedsignal ist, wobei eine derartige Umkehrung durch Kittel eines Inverters 130 ausgeführt wird, der das Signal mit (-1) multipliziert. Die umkehrung wird in dem Inverter vorgenommen, um die durch die Gleichung (11) dargestellte Funktion in eine positive Funktion umzuwandeln. Der Ausgang des Multiplikators 126 stellt sich durch die Formel 13 wie folgt dar:

Die von den Formeln 12 und 13 dargestellten Ausgangssignale der Multiplikatoren 126 und 127 werden in der Addiervorrichtung 135

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addiert und das Ausgangssignal der Addiervorrichtuno stellt sich (nach Vereinfachung der trironometrischen Einheitsoperationen) wie folgt dar:

2 E_d sin 2ψ£ (14)

wos sich aus der Tatsache ergibt, daß

JTx _COS

P P

Das Ausgangssignal der Addiervorrichtung 135 befindet sich in übereinestimmung mit irgendeiner Drehung, die durch den Heßgliedsatz erfahren werden kann. Dieses Ausgangssignal wird dera Kompensationsnetzwerk 140 eingegeben, das eine herkömmliche phasenvor- und phasenrückdrehartige Kompensation vorsehen kann, um den Folgereglerkreis zu stabilisieren. Der Ausgang des Kouipensationsnetzwerkes 140 wird einer Rotationssollwertsenderstufe 141 eingegeben, deren Ausgang in dem Verstärker 142 verstärkt und den Multiplikatoren 145 und 146 eingespeist wird.

Das Ausgangssignal des Steuersenders 149 wird als ein Gegendrehungssteuersignal in die reihengeschalteten Wicklungen 32 der Stellantriebsaggregate 20a und 21a eingespeist, während das Ausgangssignal des Steuersenders 15C in die reihengeschalteten Wicklungen 33 der Stellantriebe 20b und 21b eingespeist wird.

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r wenn der Kopf die !leimung hat sich zu drehen, werden die Signale somit über den -ü'olgereglerkreis den x-Achsenwlgrregoten eingegeben, un für eine magnetische kraft zu sorgen, die einer jeden derartigen -^rehungstenäenz durch -Einwirkung eines angemessenen Kraftepsores auf den kopf entgegenwirkt*

Es ist festausteilen, daß die Gegendrehungssteuersignale dem Kopf nur bezüglich einer Achse eingegeben zu werden brauchen, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten, ferner ist es bei einer derartigen Gegendrehungssteuerung nicht notwendig, zwei Paar Stellantriebe oder Meßglieder für die -^chse, in der der Gegendrehungsfolgereglerkreis nicht verwendet wird, vorzusehen. Wegen eines symmetrischen Betriebs ist es .jedoch wünschenswert, derartige zusätzliche Stellantriebe oder Meßglieder (wie in Fig. 5 für die y-Achse gezeigt) zu verwenden. Es ist einsichtig, daß der Kopf von iiand entlang der x- oder der y-Achse oder zugleich entlang beider Achsen bewegt werden kann und daß die oben beschriebenen Merkmale für eine Gegendrehung noch wirksam sein können, um einer Drehung entgegenzuwirken.

■/vie in anderen Kurvenschreibern kann die Erfindung als ein ";.uantisierer" verwendet werden, un Digitaisignale in Abhängigkeit von der Lagesteuerung des Kopfes entlang des Maschinentisches zu erzeugen. Dies ist natürlich auch bei einer digitalen Verschlüsselinformation für eine zukünftige Verwendung durch eine Datenabtastung von Hand, die auf dem Maschinentisch in der Art; der beschriebenen figuren, Ziele oder dergleichen ange-

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ordnet sein können, brauchbar.

Wie sich aus den Ji'ig. 4 und ^lj ergibt, werden, wenn das magnetische nebglied Ί4 entlang dos iaschinentiüches na'/netisch bewegt wird, abgeleitete Gignale von der allgemeinen j/orm trigonometrischer (oder periodischer) ..eilen mit einer Phasenverschiebung urn yo° in CberEinstimmung mit einer derartigen Bewegung erzeugt. v±e x'eile dieser ^ignale, die die x-Achsenbewegung darstellen, werden in dew Demodulator 65a und 66a dernoduliert und einer quantisier messvorrichtung 99 eingegeben, wo sie in einer geeigneten !''orm zur Aufzeichnung oder zur sofortigen Verwendung eingelegt werden. In ähnlicher V/eise werden die y-Achsen-Steilungssignale von einem Demodulator 6^a und 66b ■ einer .vuantisiervorrichtung 100 eingegeben. Somit ist die Vorrichtung in bequemer ..eise geeignet für eine Verwendung zur .Erzeugung von Steuerdaten durch ein Schwenken des Kopfes von Hand oder selbsttätig entlang des Laschmentisches, um Abbildungen oder dergleichen zu folgen, deren j/orinen zu verschlüsseln sind.

Die oben beschriebene Vorrichtung v/eist bestimmte bedeutende Vorteile auf, und zwar sorgt sie für ein Kopfaggregat, das in eine Pendelbeziehung zum haschinentisch angeordnet und mit eigener Kraft in jeder gewünschten Stellung relativ zu einem liaschinentisch beweglich ist. Obgleich der Kopf und der Maschinentisch als ebenflöchig beschrieben worden sind, können auch andere Konfigurationen vorgesehen werden. Ferner können, obgleich die die Verschiebung des Kopfes steuernden Signale als in Übereinstimmung mit einer gegenseitigen Steuerung zwischen

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dem Kopf und dem ihaschinentisch erzeugt "beschrieben worden sind, such andere gegenseitige -Beziehungen als vtiacnetische vorgesehen werden, ohne den Kahmen der Erfindung zu verlassen. Durch Vorsehen einer gegenseitigen tendelbeziehung zwischen dem Kopf und dem haschinentiscii, wie oben diskutiert, kann eine gleichzeitige und sogar unabhängige Verschiebung des Kopfes relativ zum Kaschinentisch entlang eines Paares von Koordinatenachsen geschaffen werden.

Das System gemäß der Erfindung sieht eine Stellenantriebsanordnung· zur steuerung der Verschiebung des Kopfes relativ zum i-.aschinentisch vor, und keßgliedsätze werden zum Abtasten der Verschiebung des Kopfes vorgesehen. Die von den I-üeßgliedsatzen ausgehenden oignale werden in den verschiedenen AusführungsforiBen verwendet, um nachfolgende Verschiebungen des Kopfes durch ocellantriebsa^T-regate zu steuern.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsforra,wie sie in den 1, 2a und 3 gezeigt ist, sindder Kopf und der Kaschinentisch ebenflcichif-: wirkend, und heßgliedsignale werden zur Bewegung des Kopfes linear relativ zum haschinentisch entlang einer einzelnen Achse oder entlang eines Koordinatenachsenpaares vorgesehen. Die heßgliedsignale können in einer besonderen Beziehung mit Steuersignalen, die eine Kraft zur Steuerung nachfolgender Bewegung entlang des haschinentisches darstellen, kombiniert werden.

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Die in den Fig. 1» ^, 2b und J gezeigte i-,otoranordnung weist bestimmte bedeutende Vorteile auf. Die i-otüranordnung weist niedrige Leistungsverluste sowie ein is wesentlichen konstantes Drehmoment über einen weiten ^rehzahlbereicii auf. Der i,otor vermag beim Starten wie auch v.r.Ehrend des Betriebes ein volles Drehmoment zu erzeugen. Gomit weist der i otor die Vorteile eines Gleichstrommotors oui, dessen .iV-.Tegerstrom im wesentlichen konstant gehalten wird.

Bei einer zw iten ^usführun?;siorr;: der Erfindung werden ,Signale erzeugt, um die gewünschte Verschiebung des Kopfes relativ zum hascninentisch entlang; mindestens einer Achse darzustellen. Diese Signale werden in einer besonderen -Beziehung mit den Kießglieasignalen kombiniert, urn Korrektionssignale zu erzeugen. Letztere werden in einem geschlossenen Folgeregierkreis verwendet, um den Beurieb des oteilantriebs zu steuern, so daß die Ist-Verschiebung des Kopfes entlang der einzelnen ^chse der gewünschten Verschiebung des Κουί'οε entlang der einzelnen ^chse entspricht. V.ie oben beschrieben, ist das geschlossene l?olgereglerkreissystem auch geeignet, gleichmäßige und auch unabhängige Verschiebungen des Kopfes entlang eines Koordinatenachsenpaores zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße System sieht auch eine Kompensation vor, um eine ungewünschte drehung des Kopfes um eine Achse im wesentlichen senkrecht· zu einer Oberfläche, die das Koordinatenachsenpaar einschließt, zu erzeugen. Dies wird durch Vergleichen der

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Verschiebungen mindestens eines Paares von mit Abstand zueinander angeordneten Leßgliedern entlang einer der Koordinatenachsen und durch Verwendung jeder Differenz zwischen den Verschiebungen derartiger heßglieder, urn ein Korrektionssignal zu erzeugen. Letzteres wird in einem geschlossenen tfolgereglerkreis verwendet, um mindestens einen der .Stellantriebe zu betätigen, um jede Drehung des Kopfes zu kompensieren.

Las erfindungsgemäße System veranlaßt den Kopf, sich mit beträchtlich gesteigerter Geschwindigkeit und Genauigkeit relativ zu irgendeinem rtegistrierglied der bekannten Art zu bewegen. So hat z.B. ein Eaenznehmer der Anmelderin einen Kopf konstruiert, der ungefähr bloß 850,5 g (50 Unzen) wiegt, dieser Kopf konnte relativ zu einem Zeichentisch mit einer Geschwindigkeit von 762 mm pro Sekunde (50 inch pro bekunde) entlang eines

2 Koordinatenachsenpaares bewegt und mit 1 g/sec beschleunigt werden, so daß die von auf einem Band befindlichen Programme gesteuerten Abbildungen mit einer sehr feinen Genauigkeit trotz derartig hoher Geschwindigkeiten vervielfältigt wurden.

Das erfindungsgemäße System sieht auch sehr genaue und wirksame Einrichtungen zur Steuerung der Bewegung eines magnetischen .otellenantriebs entlang eines Kaschinentisch.es ebenso wie zur Erzeugung von Digitalsignalen vor, die auf dem Maschinentisch dargestellte Daten darstellen.

Die Erfindung wird allein durch die anliegenden Patentansprüche

begrenzt. _T , , .. ,

Patentansprüche

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   ( 1. Linesi-iiiotor ;idt einer flachen Grundplatte mit einer sich in einer bestimmten ,iichtung erstreckenden periodischen Struktur sowie mit einem Kopf, der über die überfläche der G_runcLplatte in der besagten dichtung bewegbar ist und eine Betätigungsvorrichtung trägt, die Reaktionskräfte zwischen dem Kopf und der Grundplatte in dieser Dichtung erzeugt, wenn an die Betätigungsvorrichtung zur Erzeugung einer fortschreitenden Bewegung des Kopfes auf der Grundplatte eine Vielzahl gegeneinander phasenverschobener Erregungssignale angelegt werden, gekennzeichnet durch eine bei der Bewegung des Kopfes (11)· über die Grundplatte (1p) eine Vielzahl von gegeneinander phasenverschobenen Signalen erzeugende Aufnahmeeinrichtung (36, 37» 3ö, 59)» sowie durch eine auf die aufgenommenen Signale ansprechende Verstarkeranordnung (1β, 19) zur Erzeugung der irregersignale.
2. 2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte die periodische Struktur entlang jeder von zwei sich schneidenden .Richtungen aufweist, in die der Kopf (11) jeweils bewegbar ist, wobei der Kopf für jede Richtung mit getrennten Betätigungseinrichtungen (20a, 20b, 21a,b, 22a,b, 23a,b), Aufnahmeeinrichtungen und Verstärkeranordnungen (18, 19) versehen ist.

   609885/0004 bad or,g,nal
3. 3. Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (11) in zueinander rec-ht winkligen Richtungen "bewegbar ist.
4. >\. linearmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine mit der Verstärkeranordnung zusammenwirkende Einrichtung, die die Erregersignale mit variablen Größen multipliziert, die die Beschleunigung und Verzögerung des Kopfes steuern.
5. 5. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die gegeneinander phasenverschobenen Erregersignale zwei Signale mit einer i-hasenverschiebung von 90

   und die die vorn Kopf aufgenommenen, gegeneinander phasenverschobenen signale zwei Signale mit einer Phasenverschiebung von •'yü⁰ sind.
6. 6. i-inear;..otor nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, dal; die oder mindestens eine der Betätigungsvorrichtungen erste und zweite einrichtungen aufweisen, die Irinsicütlich der entsprechenden bestimmten Dichtung voneinander auf Abstand liegen und iieaktionskräfte zwischen dem Kopf und der Grundplatte in dieser Hichtung hervorrufen, wodurch die an seitlich auf Abstand liegenden Orten erzeugten Reaktion skr ai'te einer Drehung des Kopfes um eine zur Grundplatte rechtwinklige Achse entgegenwirken.

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   7· Linearmotor nach einem der Ans'prüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische struktur abwechselnde ferromagnetische und nicht f erroanrrnetische Bereiche aufweist .und die bzw. jede der betätigungsvorrichtungen zwei Elektromagneten (40, 41) aufweist, die von den elektrische Signale darstellenden Erregersignolen erregt werden, wobei die ^leivtro'/ici neten mit Polflächen so im Abstand zu den abwechselnden Bereichen angeordnet sind, daß die Reaktionskrafte entstehen.

   ö. Linearmotor nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die oder ,jede der Signalaufnahmeeinrichtungen zwei Elektromagneten aufweist, die von einem Wechselsignal erregt werden, mit zwei angekoppelten Aufnshmespulen versehen sind und mit Polflächen derart bezüglich der abwechselnden Bereiche angeordnet sind, daß in den Aufnahmespulen die gegenseitig phasenverschobenen Aufnahmesignale auf das »echselsignal aufmoduliert entstehen, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die modulierten Signale zu deniodulieren und so die gegenseitig phasenverschobenen Abtastsignale darzustellen.

   S). Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis ö, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1?)» um zwischen dem Kopf und der Grundplatte ein Luftlager herzustellen.

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   ι ³* ·

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