DE2431932A1 - Verfahren und vorrichtung zum anzeigen einer richtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum anzeigen einer richtung

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Description

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 9 A'i 1 Q ^
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT
MÖNCHEN HAMBURG
telefon: 3953U 2000
^Alim KONIGSTRASSE 28
2000 HAMBURG 50, m» η J^ Jelex:2129/9_karpd
W. 2633Ο/71* 12/Co/ia.
Societe Avions Marcel Dassault Breguet Aviation,
Paris (Frankreich)
Verfahren und Vorrichtung zum Anzeigen einer Richtung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen einer Richtung.
übereinanderliegende Anordnung eines Gitters, welches aus abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen parallelen Stangen zusammengesetzt ist, wie es in Pig. I dargestellt ist, und einer Scheibe, die aus abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Strahlen oder Linien gebildet ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, führt zu Moirierungsfiguren, wie sie in den Fig. 3 und Ί dargestellt sind und die mit Worten schwierig zu beschreiben sind.
Wenn die Scheibe mit Bezug auf das Gitter mit konstanter Geschwindigkeit um seine Achse gedreht wird, erfahren Lichtstrahlen, welche durch das Gebilde aus
409884/134G
Gitter und Scheibe hindurchgehen, eine Modulation, deren 'Amplitude ein Maximum in einem Bereich durchläuft, der sich auf dem Durchmesser der Scheibe parallel zu den Standen des Gitters und auf dem Niveau eines Kreises befindet, der in den Fig. 3 und 1J mit einem Pfeil bezeichnet ist. Die Stellung oder eine eventuelle Verschiebung des Gitters parallel zu sich selbst sind ohne Bedeutung, es zählt lediglich die Ausrichtung des Gitters.
Die vorliegende Erfindung nutzt diese Eigenschaft des Gebildes aus Gitter und Scheibe aus, um die Anzeige oder Angabe einer WinkeIsteilung zu ermöglichen, und um eine Winkelsteuerung, ausgehend von einer optischen Verbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger, zu verwirklichen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Pig. 1 bis 4 zeigen jeweils das Gitter, die Scheibe und die beiden Beispiele von Moirierungsfiguren gemäß vorstehender Beschreibung. Pig. 5 ist eine schematische Ansicht einer
Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines
Wollaston-Prismas.
Fig. 7 ist ein Diagramm, in welchem in Punktion des Drehwinkels der Scheibe die Spannung aufgezeichnet ist, die von dem Galvanometer
gemäß Pig. 5 empfangen ist. Fig. 8 ist ein der Fig. 7 analoges Diagramm, in welchem die Spannung im Fall eines Halbgitters aufgezeichnet ist.
• 409884/ 1346
Pig. 9 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur V7ineklsteuerung.
Gemäß Fig. 5 ist ein Gitter, welches dem Gitter gemäß Fig. 1 analog ist, und dessen Ausrichtung festgestellt oder angezeigt werden soll, in einer Ebene Pl ange ordnet.
Eine Scheibe D, die der Scheibe gemäß Fig. 2 analog ist, ist in einer Ebene P2, die zur Ebene Pl parallel verläuft, angeordnet, und sie kann von einem Motor M um ihre Achse gedreht werden.
Gegenüber einer Stelle der Zone der Scheibe D, in welcher die Moiriegungsfiguren am besten ausgeprägt sind, und welche im wesentlichen dem Kreis gemäß den Fig. 3 und entspricht, der mit einem Pfeil bezeichnet ist, ist eine Linse Ll angeordnet,deren Achse zur Achse der Scheibe D parallel verläuft. Die Linse Ll liefert ein Bild des Gitters in der Ebene P2, d.h. auf der Scheibe D, und quer über eine Einrichtung W, die zu der Linse Ll gleichachsig angeordnet und derart angeschlossen ist, daß die jede Drehung der Einrichtung W um ihre Achse zu einer Drehung des Bildes des Gitters in der Ebene P2 um dem gleichen Drehwinkel führt.
Die Bilddreheinrichtung W kann ein Wollaston-Prisma aufweisen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist und welches drei reflektierende Flächen Ml, M2 und M3 aufweist.
Die Fläche M2 verläuft parallel zur Achse A des Prisma, während die Flächen Ml und M3 in einem Winkel von 12o° zueinander und in einem Winkel von 3o° zu der Fläche M2 liegen. Die Eintrittsflächen und die Austrittsflächen verlaufen zur Achse A rechtwinklig.
• 40988 U /13A π
Irgendeine Drehung des Prisma um seine Achse A, die hier mit der Achse der Linse Ll zusammenfällt, ruft eine Drehung des Gitterbildes in der Ebene P2 um den gleichen Winkel und in der gleichen Richtung hervor.
Es kann irgendeine andere äquivalente Einrichtung verwendet werden.
Auf der anderen Seite der Scheibe D ist eine Linse L2 vorgesehen, die zur Linse Ll gleichachsig angeordnet ist und die das Bild, welches sich aus der Überlagerung der Scheibe D und des Gitterbildes ergibt, auf eine Photozelle C konzentriert.
Die Photozelle C ist über einen Speiseblock B, einen Verstärker Al und einen Filter F5 der auf die Frequenz des Vorbeigangs der Strahlen der Scheibe D abgestimmt ist, mit einem Galvanometer G verbunden.
Fig. 7 zeigt die charakteristische Kurve der Abweichung des Galvanometers G in Funktion des Drehwinkels des Prisma W, ausgedrückt in Grad. Diese Kurve zeigt zwei deutlich ausgeprägte Maxima I und II für zwei Stellungen des Prisma W, die im Abstand von I8o° voneinander liegen und die es ermöglichen,
die Richtung der Stangen des Gitters mit Genauigkeit anzuzeigen.
Die Einrichtung W wird gedreht, bis die Abweichung des Galvanometers G maximal ist, Ist die anfängliche Regelung dieser Einrichtung Vi beispielsweise hinsichtlich eines Gitters mit senkrechten Stangen bekannt, kann davon die Ausrichtung des Gitters in der Ebene Pl abgeleitet werden.
• 4 0 9 8 8 <W 1 3 Λ Π
Wenn der mögliche Fehler von I8o° ausgeschlossen werden soll, kann ein Halbgitter verwendet werden,
welches beispielsweise von dem Gitter gemäß Fig. 1
abgeleitet ist durch Schneiden entlang eine Mittellinie H rechtwinklig zu den Stangen, wobei die nicht verwendete Hälfte durch eine schwarze Platte ersetzt wird. Indem diese Halbgitter mit Bezug auf die Gesamtvorrichtung richtig angeordnet wird, kann eine Kurve erhalten werden, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist
und die nur ein Maximum hat.
Fig. 9 zeigt, wie man, ausgehend von einer
Anzeigevorrichtung derjenigen Art, wie sie in Verbindung mit Fig, 5 beschrieben ist, eine Vorrichtung zur Steuerung der Stellung der Bilddreheinrichtung W parallel zur Ausrichtung des Gitters verwirklichen kann.
Das Gitter ist in der Ebene Pl, und die Scheibe D in der Ebene P2 angeordnet.
Die Bilddreheinrichtung Vi ist von einer Ringplatte getragen, die über ein Lager, beispielsweise ein
Wälzlager 3, an einem Gestell 2 angebracht ist. Die
Ringplatte 1 kann von einem Zweiphasen-Steuermotor U über ein Antriebsrad 5 und einen Zahnkranz 6 um ihre Achse gedreht werden.
Die Bilddreheinrichtung W ist an der Ringplatte mit Hilfe eines Lagers, beispielsweise eines Wälzlagers angebracht und sie kann unter der Wirkung eines
Quersolenoides 8, welches an der Ringplatte 1 befestigt ist, und einer Rückholfeder 9 in dauernde Schwingbewegung um ihre Achse A versetzt werden.
Das Solenoid 8 wird mit Wechselstrom versorgt, und zwar über Schleifringe lo, Bürsten 11 und einen Schwinger 12, und das Solenoid 8 wirkt auf eine Tauchnabe 13, die
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von einer mit der Einrichtung W verbundenen Palette l1» getragen ist. Das Solenoid 8 erteilt der Bilddreheinrichtung W beisDielsweise Schwingungen mit einer Amplitude - 1 und einer Frequenz von 2o Hz.
Die Linse Ll liefert an die in der Ebene P2 angeordnete Scheibe D ein Bild des in der Ebene Pl angeordneten Gitters. Die Scheibe D wird von dem Motor M mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben, beispielsweise Entsprechend einer Strahlenvorbeigangsfrequenz von Io ooo Hz.
Die Linse L2 konzentriert das erhaltene Bild auf die Photozelle C. >
Die Photozelle C ist mit den Verstärker Al verbunden, der auf die Frequenz des Vorbei^anges der Strahlen der Scheibe D abgestimmt ist und dessen Ausgang einerseits mit dem Filter F, der auf *>· Frequenz des Vorbe-iganges der Strahlen der Scheibe D ab gestirnt /1UrTd andererseits mit einem Niveaudetektor 15 verbunden ist, dessen Ausgang nach dem Prinzip "Alles oder Nichts" ein Relais betätigt, wenn der mittlere tfert des Signals, welches von der Photozelle C ausgesendet wird, einen Viert El überschreitet, der zwischen der Restspannung Eo und der Spitzenspannung Ec liegt, die in den Fig. 7 und 8 dargestellt sind.
Der bewegliche Kontakt 17 des Relais 16 befindet sich gewöhnlich in Ruhestellung an einem festen Kontakt 18, der mit einer Klemme 19 des Schwingers 12 verbunden ist. Der bewegliche Kontakt 17 ist über einen Verstärker 2o mit der Steuerwicklung 21 des Motors 1J verbunden, während die Erregungswicklung 22 des Motors % mit einer Rechteckspannung gespeist wird durch Verbindung mit einer anderen Klemme 23 des Schwingers 12. Unter
• 409884/134G
diesen Bedingungen dreht sich die RingDlatte l mit konstanter Geschwindigkeit um ihre Achse, während die Bilddreheinrichtung V mit der vorgenannten Frequenz um sich selbst schwingt.
Wenn zufolge dieser Drehung die Photozelle C soviel Licht empfängt, daß die Spannung El erreicht wird, wird das Relais lf> erregt, und der Kontakt 17 wechselt zu einem Kontakt 21I über, wodurch das Ausgangssignal des Filters F zum Verstärker 2o geführt wird. Dieses Signal befindet sich in Phase oder in entgegengesetzter Phase mit der Bezugsspannung des Schwingers 12 und es hebt sich für diejenigen Stellungen der Bilddreheinrichtung V/ auf, die maximaler oder minimaler Beleuchtung der Photozelle C entsprechen. Mit richtigem Anschließen dreht daher der Motor 'J die Bilddreheinrichtung VJ bis eine genaue stabile Gleichgewichtsstellung erreicht ist, die einem der Maxima I oder II der Fig. 7, wenn ein Vollgitter verwendet wird, oder dem Maximum gemäß Fig. 8 entspricht.
Gemäß den Anwendungen kann der Motor 1J verschiedene mechanische und elektrische Einrichtungen antreiben wie Kodiereinrichtunge, Potentiometer, Synchronisationseinrichtungen, Übertrager, Wandler oder dgl. Gemäß Fig. 9 ist als Beispiel- ein Sender 25 dargestellt, der von einem Antriebsrad 26 angetrieben wird, welches mit dem Antriebsrad 5 kämmt.
Die Regelung der Spannung El, welche die Einschaltschwelle des Relais 16 bestimmt, kann im Fall eines Gitters in der Ebene Pl, welches von dem Umgebungslicht beleuchtet wird, vorteilhaft von einer photoelektrischen Zelle aus erfolgen, die ihrerseits von dem Umgebungslicht beleuchtet wird. Auf diese V/eise stellt im Fall der Änderung der Beleuchtung die Spannung El einen
im wesentlichen konstanten Prozentsatz des Spitzenwertes Ec dar.
Die Genauigkeit der Anzeige und die Steuerung hängen insbesondere von der Teilung des Gitters und von dem Winkelabstand der Strahlen der Scheibe D ab. Diese Genauigkeit kann in der Größenordnung eines Zehntel Grad liegen.
Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo es notwendig ist, eine Richtung anzuzeigen oder eine V/inkelsteuerung vorzunehmen. Unter den möglichen Anwendungen können genannt werden: Fernsteuerungen, Fernmessungen, Regelung von Werkzeugmaschinen, Gyroskope,bzw. Kreisel, Anwendung quer durch durchsichtige Wände usw.
• 40988 Λ/1346

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zum Anzeigen einer Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anzeigen einer Richtung Moirierungsfiguren verwendet werden, die durch überlagerung eines parallele Stangen aufweisenden Gitters und einer Scheibe erzeugt werden, die abwechselnd helle und dunkle Strahlen oder Linien aufweist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausrichtung des Gitters in der genannten Richtung ein Bild dieses Gitters an einem außermittigen Teil der Scheibe gebildet wird, die Scheibe gleichmäßig um ihre Achse gedreht wird, die Modulation'der mittleren Lichtintensität des resultierenden Bildes des Gitters und der Scheibe festgestellt wird und das Gitterbild ausgehend von einer gegebenen Anfangsstellung um eine Achse parallel zur Achse der Scheibe gedreht wird, bis eine Modulation maximaler Amplitude erhalten wird.
    3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
    nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein parallele Stangen aufweisendes Gitter, eine Drehscheibe (D), die abwechselnd helle und dunkle Strahlen aufweist, eine Einrichtung (Ll), um ein Bild des Gitters an einem außermittigen Teil der Scheibe zu bilden, eine Einrichtung (V/), um das Gitterbild um eine Achse parallel zur Drehachse der Scheibe zu drehen, und durch eine Einrichtung (c) zum Feststellen der Modulation der mittleren Lichtintensität des resultierenden Bildes des Gitters und der Scheibe, wenn die Scheibe sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit dreht.
    ' 409884/1346
    -Ιο-Ί. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daft die Einrichtung (W) zum Drehen des Gitterbildes ein optisches System wie ein T|/ollaston-Prisma aufweist, welches das Gitterbild dreht, wenn es selbst gedreht wird.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,daß die Einrichtung zum Peststellen der Modulation eine lichtempfindliche Zelle (C) aufweist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (D) abwechselnd lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Strahlen aufweist, und daß das resultierende Bild mittels Transparenz festgestellt wird.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemDfindliche ZeIIe-(C) über einen Filter (F), der auf die Vorbeigangsfrequenz der Strahlen der Scheibe (D) abgestimmt ist, mit einem Meßinstrument (G) verbunden ist.
    8. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Drehen des Bildes der Scheibe (D) derart angeschlossen ist, daß sie von selbst das Bild in der Stellung entsprechend der Modulation maximaler Amplitude ausrichtet.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des optischen Systems (W) von einem Motor (H) gesteuert ist, der seinerseits von der die Modulation feststellenden Einrichtung gesteuert ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem optischen System (W) eine Schwingbewegung um seine Achse erteilt ist.
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    - li -
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daft die lichtempfindliche Zelle (C) einen Niveaudetektor (15) speist, der derart angeschlossen ist, daß eine gleichmäßige Drehung des optischen Systems (W) hervorgerufen wird, wenn der mittlere V.'ert des von der Zelle ausgesendeten Signals unterhalb eines gegebenen Schwellenwertes liegt, und daft das optische System bei überschreiten des Schwellenwertes in einer Stellung entsprechend dem Empfang eines maximaler Signals arrettiert wird.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, da"> der Niveaudetektor (15) ein Relais (16) betätigt, dessen einer Ruhekontakt den das optische System (Vf) drehenden Motor (Ί) mit konstanter Spannung speist, und dessen einer Arbeitskontakt auf den Motor das von der Zelle (C) gelieferte Signal einwirken läßt im Hinblick auf ein Anhalten des Systems in der Stellung entsprechend dem maximalen Signal.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (1O ein Zweiphasenmotor ist, dessen Steuerwicklung (21) mittels des Relais (16) mit einem Schinger (12) oder mit einem von der Zelle (C) gespeisten Filter (P) verbunden ist, und dessen Erregungswicklung (22) vom Schwinger eine Rechteckspannung erhält.
    ■ Α0988Λ/1346
DE2431932A 1973-07-04 1974-07-03 Vorrichtung zum Anzeigen einer Richtung Expired DE2431932C2 (de)

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