DE2341353A1

DE2341353A1 - Pneumatic digital to analog converter - has rotary code slot disc feeding logical OR nozzle

Info

Publication number: DE2341353A1
Application number: DE19732341353
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Massen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2341353B2

Abstract

The pneumatic digital/analog converter, is for a numerically controlled copy machine tool, has a set of free flow paths, a rotating code slot disc, a receiver-collector nozzle performing a logical OR function, and if required a threshold value element for level regeneration and a low pass unit to form the moving av. of a generated pulse train. The disc, for n-place conversion, has 2n or an integral multiple of 2n, segments each with n tracks, each, according to its position wt., with a number of non-superposed slots per segment such that a pulse train is delivered to the input of the low-pass unit, with the av. proportional to the digital input data to be converted.

Description

Dipl.-Ing. Robert MassenDipl.-Ing. Robert Massen

51 Aaohen.51 Aaohen.

2ter Rote-Haag Weg 22nd Rote-Haag Weg 2

PNEUMASISOER

In pneumatischen und fluidisohen Steuerungen und Regelungen nehmen digitale Systeme gegenüber den rein analogen einen immer breiteren Platz ein. Diese in der Elektronik seit längerem bekannte Entwioklung führt dazu, daß die meist komplizierteren analogen Systeme durch einfachere und unkritisohere ,digitale ersetzt werden. Wir wollen als typisohes Beispiel die numerisoh gesteuerten Werkzeugautomaten nennen: Kopierautomaten, bei denen die analoge Abtastung einer Sohablone den Sollwert eines analogen Naohführsystems bildet, werden immer mehr duroh vom Lochstreifen numerisoh gesteuerte Automaten verdrängt. Diese Entwioklung zur Digitaltechnik auoh in der Pneumatik erfordert allerdings an den Sohnittstellen der digitalen Systeme zu den meist analogen Prozessen die Verfügbarkeit von Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzern. In pneumatic and fluidic control and regulation digital systems are taking up an increasingly broader place than purely analogue systems. This in the Electronics development known for a long time leads to the fact that the mostly more complicated analog systems replaced by simpler and less critical, digital ones will. As a typical example, we want the numerisoh called controlled automatic tool machines: Automatic copiers, in which the analog scanning of a template forms the target value of an analog sewing system, are always used more machines numerically controlled by the punched tape repressed. This development to digital technology also in pneumatics, however, requires at the junior posts of the digital systems to the mostly analog processes the availability of analog-digital and digital-analog converters.

Die heute bekannten pneumatisohen oder fluidisohen Digital-Analog-Umsetzer arbeiten entweder naoh dem Prinzip der Balkenwaage mit im jeweiligen. Code gestuften Metallbalgansohlüssen und einer Rückführung zur Linearisierung der Kennlinie (Wegadditionsprinzip) oder naoh dem Prinzip der gestuften, von einem konstanten Jfluß durchströmten Widerstandsdrosseln (Druokadditionsprinzip). Beide Verfahren sind mechanisch aufwendig, und ihre Genauigkeit hängt direkt von der meohanisoben Präzision der Balkenwaage im ersten Falle oder der Drosselgeometrien im zweiten Falle ab. Bei beiden geht die !Temperatur des Versorgungsfluids stark in die Endgenauigkeit ein.The pneumatisohen or fluidisohen known today Digital-to-analog converters either work on the principle of the beam balance in the respective. Tiered code Metal bellows base and a return for linearizing the characteristic curve (path addition principle) or naoh the principle of the graduated, constant flow flowed through resistance throttles (pressure addition principle). Both methods are mechanically complex, and their accuracy depends directly on the meohanisobic precision of the Beam balance in the first case or the throttle geometries in the second case. In both cases, the! Temperature of the Supply fluids strongly affect the final accuracy.

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Digital-Analog-Umsetzung pneumatischer Signale mit einem Satz von Freiatrahlstreoken, einer rotierenden Code-Sqhlitzsoheibe, einer Empfangssammeldüse, welche die logiaohe ODER-Punktion erfüllt, einem Schwellwertelement zur Pegelregenerierung und einem Tiefpaßglied zur Bildung des gleitenden Mittelwertes der erzeugten Pulsfolge, welche auf dem Zeitadditionsprinzip beruht und bei dem die Anforderungen an die mechanische Präzision sowie die !Demperatur- und Arbeitsdauereinflüsse wesentlich geringer sind als bei den heute bekannten Vorrichtungen.The present invention relates to an apparatus for Digital-to-analog conversion of pneumatic signals with a set of free jet scatter tokens, a rotating code Sqhlitz soheibe, a receiving collecting nozzle which fulfills the logical OR puncture, a threshold value element for level regeneration and a low-pass filter for forming the moving average of the generated pulse train, which is based on the time addition principle and in which the requirements for mechanical precision and the ! The influence of temperature and working time is significantly lower are than with the devices known today.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Codesohlitzsoheibe bei n-stelliger Digital-Analog-Umsetzung 2ⁿ bzw. ganzzahlige Vielfache von 2ⁿ Stück Segmente mit ;je η-Spuren aufzeigt, welche je nach, ihrem Stellengewioht mit einer Anzahl sich pro Segment nicht überdeckender Schlitze versehen ist, derart, daß sie an den Eingang des Tiefpaßgliedea eine Pulsfolge liefert, deren Mittelwert proportional zur umzusetzenden digitalen IBingangsinförmatian iat.According to the invention, this object is achieved in that the Codesohlitzsoheibe with n-digit digital-to-analog conversion shows 2 ⁿ or integer multiples of 2 ⁿ segments with each η-tracks, which, depending on their positions, have a number per segment non-overlapping slots is provided in such a way that it delivers a pulse train to the input of the low-pass element, the mean value of which is proportional to the digital input information to be converted.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Codesohlitzsoheibe durch eine Code-Trommel ersetzt. Die Code-Sohlitzsoheibe, die Code—Trommel oder der Code-Endlosloohstreifen können auch naoh dem Düse-Prallplattenprinzip abgetastet werden.In a further embodiment of the invention, the code base seat plate is replaced by a code drum. the Code-Sohlitzsoheibe, the code-drum or the code-endless loop can also be scanned using the nozzle-flapper principle.

Wenn der beschriebene pneumatische Digital-Analog-Umsetzer in einen aus analogem Komparator und einem digitalen Zähler bestehenden Rüokführungskreis eingesetzt ist, wird eine pneumatische Digital-Analog-Umsetzung naoh den bekannten Methoden ermöglicht.If the described pneumatic digital-to-analog converter is inserted into a feedback circuit consisting of an analog comparator and a digital counter, becomes a pneumatic digital-to-analog conversion similar to the familiar ones Methods.

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Die Funktionsweise der Vorrichtung nach der Erfindung läßt sioh am einfachsten an Hand eines Beispiels, nämlich eines vierstelligen Dualcode-Umsetzers erklären (Fig. 1A). Die in Form von vier pneumatischen Drucksignalen anliegende digitale Eingangsinformation ABCD mit den Stellengewiohten 1=2°, B = 2¹, C = 2², D = 2⁵ wird auf vier Düsen 1 geführt, welche über eine durch eine Codeschlitzsoheibe 2 unterbrochene Freistrahlstreoke auf die
Empfangersammeldüse 3 treffen. Diese Empfängersammeldüse mit der logischen ODER-Funktion führt über einen fakulativen Schwellwertverstärker 5 zur Pegelregenerierung auf ein Tiefpaßglied 7» welches durch gleitende Mittelwertbildung das analoge Ausgangssignal F bildet. Die Code-Schlitzsobeibe 2 ist in 2ⁿ, mit η = Stellenzahl der digitalen Eingangsinformation, Segmente mit je η Spuren unterteilt. Jeder Spur entspricht eine Digitalstelle und eine entsprechend ihrem Stellengewioht gewählte Anzahl von Schlitzen: der ersten, dem Gewicht entsprechenden Spur ein Schlitz pro 2 Segmente, der zweiten, 2 entsprechenden Spur zwei Sohlitze pro 2ⁿ Segmente, der dritten vier Schlitze usw. (Fig. 1B).
Diese Schlitze sind innerhalb der einzelnen Spuren so aufgeteilt, daß sie sioh innerhalb -eines Segmentes nioht überdecken, daß also pro Segment höchstens ein Schlitz vorhanden ist. Durch diese Aufteilung wird erreicht, daß am Eingang der Empfangssammeldüse 3 je naoh Spur bei rotierender Codeschlitzsoheibe 2 ein Druokimpuls pro Umdrehung für die 2 Spur, zwei Druokimpulse pro Umdrehung für die 2 Spur, vier Druckimpulse pro Umdrehung für die 2 Spur usw. (Fig. 1G) anstehen. Daäuroh, daß sich diese Druokimpulse nicht überdecken, können die Druckzeitfläohen mit Hilfe der logisohen Funktion ODER der Empfängersammeldüse addiert werden. Möchten wir z.B. die digitale Zahl ABCD = 1110 umsetzen,The mode of operation of the device according to the invention can be explained most simply using an example, namely a four-digit dual-code converter (FIG. 1A). The digital input information ABCD in the form of four pneumatic pressure signals with the positions used 1 = 2 °, B = 2 ¹ , C = 2 ² , D = 2 ⁵ is fed to four nozzles 1, which open via a free-jet scattering interrupted by a code slot disk 2 the
Hit receiver collector nozzle 3. This receiver collecting nozzle with the logical OR function leads, via an optional threshold amplifier 5, to level regeneration on a low-pass element 7 which forms the analog output signal F by means of sliding averaging. The code slot disk 2 is divided into 2 ⁿ , with η = number of digits of the digital input information, segments with η tracks each. Each track corresponds to a digital position and a number of slots selected according to their position: the first track, corresponding to the weight, one slot per 2 segments, the second track corresponding to 2 two bottom slots per 2 ⁿ segments, the third four slots, etc. (Fig. 1B).
These slots are divided within the individual tracks in such a way that they do not overlap within a segment, so that there is at most one slot per segment. This division ensures that at the entrance of the receiving collecting nozzle 3, one pressure pulse per rotation for the 2 track, two pressure pulses per rotation for the 2 track, four pressure pulses per rotation for the 2 track, etc. (Fig. 1G) are pending. Since these pressure pulses do not overlap, the printing time areas can be added using the logical OR function of the receiver collector nozzle. For example, if we want to convert the digital number ABCD = 1110,

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so bedeutet dies, daß die Eingangsdüsen A, B und G luft führen und daß wir am Ausgang der Empfangssammeldüse eine Druckzeitfunktion nach Fig. 1G unten erhalten, weiche ein mittleres !Tastverhältnis von 7/16 besitzt. In der Regel wird man über einen fluidisohen Schmitttrigger 5 die Signalform und die Pegel regenerieren und auf das Tiefpassglied 7, welches entweder ein RC-Tiefpass, die träge Masse eines Anzeigerinstnunaentes eines pneumatischen Proportionalverstärkerrelais oder eines Stellgliedes sein kann, geben. Bekanntlich wird das Ausgangssignal dieses !Tiefpasses bei ausreichender Zeitkonstante £ um den rechnerischen Mittelwert, in unserem Beispiel also 7/16, fluktuieren, wobei die Fluktuation um so geringer wird, je größer das Yerhältnis T/ t , t = Impulsdauer ist." Diese verbleibende Fluktuation kann bei gleichem ZT / t -Verhältnis durch eine andersartige Aufteilung der Code-Schlitzscibeibe noch erheblich verringert werden. Teilt man nämlich die Schlitze auf den einzelnen Spuren derart auf, daß für alle Eingangskombinationen ABCD die resultierenden Pulsfolgen möglioliat gleioh lange Blöcke konsekutiver logiaoher Einsen aufzeigt (Pig. 2), so schwingt der Tiefpass mit einer wesentlich geringeren Restfluktua— tion auf den erwünschten Mittelwert ein.this means that the inlet nozzles A, B and G are running and that we are at the exit of the receiving manifold obtain a print time function according to Fig. 1G below, soft has an average duty cycle of 7/16. As a rule, a fluidic Schmitt trigger is used 5 regenerate the waveform and the level and on the low-pass element 7, which is either a RC low pass, the inertial mass of a display device a pneumatic proportional amplifier relay or an actuator can give. As is well known the output signal of this! low pass with a sufficient time constant £ around the arithmetical mean value, in In our example 7/16, fluctuate, whereby the fluctuation becomes smaller, the larger the ratio T / t, t = pulse duration. "This remaining fluctuation can occur with the same ZT / t ratio a different division of the code slotted disk can still be reduced considerably. Because you share the slots on the individual tracks in such a way that for all input combinations ABCD the resulting Pulse sequences may also be long blocks consecutively shows logiao of ones (Pig. 2), the low pass oscillates with a significantly lower residual fluctuation tion to the desired mean value.

Es hat sich außerdem als günstig erwiesen, konsekutive Impulse zeitlioh nicht ineinanderlaufen zu lassen, da dann durch die fehlenden, endlich steilen Planken zu große zusammenhängende Impulsfläohen erzeugt werden. Es empfiehlt sich daher, die Aufteilung der Codescheibe so zu wählen, daß immer nur Einzelimpulse gleicher Breite erzeugt werden. "Dies erreioht man am einfachsten dadurch, daß man auf jedes Godesegment ein leersegment, d.h. ein Segment ohne Schlitze, folgen läßt.It has also proven to be beneficial not to allow consecutive impulses to run into one another for a while, since then the missing, finitely steep planks generate excessive coherent impulse surfaces. It is therefore advisable to choose the division of the code disk so that only single pulses of the same width are generated. "The easiest way to do this is to follow each code segment with an empty segment, ie a segment without slots.

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Statt auf einer Code-Schlitzscheibe kann der geforderte Code auf einem Code-Endloslochstreifen aufgebracht sein (fig. 3)· Es lassen sich dann aus den heute kommerziell erhältlichen pneumatischen bzw. fluidisohen Loobstreifenlesern durch sehr geringfügige änderungen, im wesentlichen nur durch Anbringen der besprochenen Empfängersammeldüse pneumatische Digital-Analog-Umsetzer naob dem Zeitadditiansprinzip aufbauen. Selbstverständlich ist diese Methode auf jeden gewicbteten Code anwendbar;, ebenso können durch entsprechende Sahlitzanzahl pro Spur nicht-lineare Ein/Ausgangskennlinien erzielt werden. Der Wechsel von einem Code zum anderen ist im Gegensatz zu den bekannten Methoden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr leicht durch Auswechseln der Code-Schlitzsoheibe bzw. des Gode-Endloslochstreifens möglich.Instead of a code slotted disc, the required Code be applied to a code endless perforated strip (fig. 3) · It can then be made commercially available today available pneumatic or fluidic loob strip readers by very minor changes, essentially only by attaching the receiver manifold nozzle discussed above Pneumatic digital-to-analog converters based on the time additive principle. It goes without saying this method can be applied to any web code, as well non-linear input / output characteristics can be achieved with the appropriate number of seats per lane. The change from one code to the other is very easy in the device according to the invention, in contrast to the known methods by replacing the code slotted disk or the Gode endless perforated strip possible.

Da die beschriebene Vorrichtung im Zuge der Umsetzung keinerlei die Genauigkeit beeinflussende, temperaturabhängige Bauelemente und auch keine mechanischen Präzisionsteile enthält, ist ein gegenüber den bekannten Methoden wesentlich preiswerterer und robusterer Aufbau möglich, Da außerdem die wesentlichen feile wie Freistrahlstreoke und Empfängaaammeldüse sich leicht in integrierter planarer lauweise herstellen lassen, läßt sich eine weitere Kostenersparnis erzielen. Ferner ergibt sich die interessante Möglichkeit, zum Beispiel bei von Lochstreifen numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, zwei identische Lochstreifenleser zu verwenden, wobei der erste leser das Steuerprogramm abfährt und der zweite durch die Empfangssammeldüse leicht modifizierte Leser die Mgital-Aualog-Umsetzung durchfahrt und den analogen. Sollwert für z.B. eine Positioniereinrichtung erstellt.Since the device described in the course of implementation No temperature-dependent components whatsoever affecting accuracy and no mechanical precision parts contains, a much cheaper and more robust structure is possible compared to the known methods, In addition, the essential files such as free-jet streoke and receiver nozzle are easily integrated into can be produced in a more planar manner, another Achieve cost savings. There is also the interesting possibility, for example with punched tape numerically controlled machine tools to use two identical paper tape readers, the The first reader runs through the control program and the second reader, which is slightly modified by the receiving collector nozzle the Mgital-Aualog implementation and the analog. Setpoint for e.g. a positioning device created.

509812/003?509812/003?

Claims

PAEENGAIT LANGUAGES

(1 / Pneumatic digital-to-analog converter with a set of free jet sections, a rotating Oode-Sohlitzscbeibe, a receiving collecting nozzle, which fulfills the logical OR function, if necessary a threshold value element for level regeneration and a low-pass element for forming the sliding Mean value of the generated pulse train,

characterized,

that the Gode-Sohlitzsoheibe (2) with n-digit digital-to-analog conversion shows 2 or integer multiples of 2 ⁿ segments with η tracks each, which, depending on their weight, have a number of non-overlapping slots per segment is such that it delivers a pulse sequence to the input of the low-pass filter (7), the mean value of which is proportional to the digital input information to be converted.

2. Device according to claim 1,

characterized,

that the Gode slotted disc (2) by a corresponding perforated code — endless loc strips replaced which is scanned in the same way.

509812 / 0Ö3?

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3. Yorrichtung according to claim 1) characterized,

that the Oode slotted disc (2) through a code drum replaced is «ad is scanned in the same manner.

4. Device according to claim 1), 2) "and 3) characterized,

that the Gode slotted disc (2), the Cade-Irommel or the Gode endless perforated strip based on the nozzle-flapper principle are scanned.

5. Apparatus according to claim 1), 2), 3) or 4) characterized in that

that the Heschrlehene pneumatic digital-to-analog converter Is inserted into an analog comparator and digital counter consisting of a feed loop.

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