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Abstandsmesser Die Erfindung betrifft einen Abstandsmesser zur Bestimmung
des Abstandes zu einem im Nahbereich befindlichen Objekt, it einer einen elektromagnetischen
Richtstrahl auf das Objeckt aussendenden Richtstrahler und einem Empfänger, welcher
auf eine von dem Objekt abgestrahlte, von der ausgesendeten Strahlung induzierte
Strahlung anspricht.
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Es ist in der Radartechnik bekannt, den Abstand von einem Objekt uber
die Laufzeit einer elektromagnetischen Welle zu ermitteln, die von einem Richtstrahler
ausgesendet und am Objekt reflektiert wird. Derartige Abstandsmessungen werden im
allgemeinen über große Entfernungen hin durchgeführt, Demgegenüber wird durcn die
Erfindung ein Abstandsmesser geschaffen, der für den Nahbereich vorgesehen ist,
d. h.
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fur einen MeMbereich bis zu einigen 10 m, in Sonueriällen allenfalls
bis zu einigen 100 m. Somit kann ein ertindungsgemälSer Abstandsmesser insbesondere
als Ersatz für den sonst üblichen Zollstock oder das sonst übliche Maßband dienen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Abstandsmesser mit den eingangs
erwähnten Merkmalen so auszubilden, daß der Richtstrahler und der Empfänger in einem
ihnen ein samen Gehäuse angeordnet sind und auf eine angepeilte heldstelle am Objekt
ausrichtbar sind und daß das Empfangssigilul von einer ebenfalls in dem Gehäuse
untergebrachten, selbsttätig arbeitenden Auswerteinrichtung auswertbar ist.
Der
erfindungsgemäße Abstandsmesser kann verhältnismäljig einfach aufgebaut werden unu
als verhältnismäßig leichtes Mengerät im Taschenrormat ausgebildet werden. Ber erfindungsgemäße
Abstandsmesser bildet eine gebrauchsferbige Einheit, dessen'sämtliche Teile in einem
ihnen gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Die automatisch arbeitende Auswerteinrichtung
steuert insbesondere das Meßergebnis angebende Anzeigeglieder. Dabei wird das Meßergebnis
auf einen gehäusefesten Nullpunkt bezogen. Die Auswertung des Empfangssignals kann
durch übliche elektronische Rechenglieder bewerkstelligt werden. Insbesondere kann
der erfindungsgemäße Abstandsmesser mit einem üblichen Taschenrechner kombiniert
werden, welcher ebenfalls in dem Gehäuse untergebracht ist und die Auswertung des
Empfangssignals übernimmt. Zusätzlich können mit einem derartigen Rechner die üblichen
Rechenoperationen durchgeführt und zur Anzeige gebracht werden. Schließlich bietet
die Eombination des Abstandsmessers mit einem Taschenrechner auch die Möglichkeit,
das heßergebnis in gewünschten Rechenoperationen weiter-zu-verarbeiten. Hierzu ist
vorzugsweise ein Speicher vorgesehen, der im Rechner bereits vorhanden ist oder
zusätzlich geschaffen wird und in welchen das vom Abstandsmesser erhaltene MeBergebnis
gespeichert wird, so daß es während einer gewünschten Rechenoperation aus dem Speicher
abgerufen
werden kann.
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Für die Messung mit dem erfindungsgemäßen Abstandsmesser werden der
Richtstrahler und der Empfänger auf die am Objekt angepeilte MeMstelle ausgerichtet.
Wenn der Nicht strahl und der Empfangs strahl zusammenfallen, können der Richtstrahler
und der Empfänger gehäusefest angeordnet sein, so daß das Ausrichten auf die Meßstelle
durch entsprechendes Anpeilen mittels des Gehäuses, vorzugsweise durch einen eingebauten
Sucher geschieht.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit den Richtstrahler gehäusefest
und den Empfänger gegenüber dem Gehäuse verstellbar oder umgekehrt den Empfänger
gehäusefest und den Richtstrahler relativ zum Gehäuse verstellbar zu machen. Hierbei
wWnzum Messen das gehäusefeste Teil mit dem Gehäuse und das verstellbare Teil gesondert
auf die MeBstelle ausgerichtet. Wenn hierbei der Kichtstrahler bereits aktiviert
wird, kann die auf die Mebstelle ausgerichtete stellung des beweglichen Teils dadurch
festgestellt werden, daß das Empfangssignal festgestellt wird. Hierdurch ergibt
sich die Möglichkeit, das bewegliche Teil über die auf die Meßstelle ausgerichtete
Stellung beidseitig hinaus zu bewegten, so daß die Senderichtung mit der Bm,pSangsrichtung
nur kurzzeitlg an der
Meßstelle zusammentrifft und sich ein kurzzeitiger
deutlicher Empfangsimpuls am Empfänger ergibt. In der bevorzugten Lösung ist hierbei
der Richtstrahl in einer die relativ zum Gehäuse festgelegte Empfangsrichtung enthaltende:
EDene verschwenkbar. Hierbei ist der Richtstrahler während der ttesamten Verschwenkbewegung
aktiviert.
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5.Ienrgleich der Richtstrahler selbst zum Verschwenkc-n des Richtstrahles
schwenkbar sein kann, wird es vorgezogen, in den Gehäuse einen angetrieben verschwenlcbaren
Spiegel anzuordnen, auf dessen Schwenkachse der Richtstrahler ausgerichtet ist.
Hierdurch wird der erforderliche Schwenkbereich halbiert. Der Antrieb für den schwenkbaren
Spiegel kann mechanisch von einem Spannwerk abgeleitet sein. Es können jedoch auch
ein kleiner Elektromotor oder ein Hubmagnet als ArXt-rieb vorgesehen sein. Vorzugswelse
erfolgt die Auslösung aas Abstandsmessers so, daß durch den Auslöser zunächst der
Richtstrahler aktiviert wird und erst dann, wenn dessen o.le Strahlerleistung vorliegt,
die Schwenkbewung des Spiegels ausgelöst wird.
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In der bevorzugten Lösung ist die Schwenkachse des Richtstrahls in
einem fest oder einstellbar vorgegebener Abstand von dem Empfangsstrahl angeordnet,
wobei die Auswertvorrichtung
auf diesen Abstand geeicht oder eichbar
ist und die Auswertung des mmI,:angssignals von der beim Ansprechen des Empfängers
vorliegendel; Schwenkstellung des Richtstrahls abgeleitet ist. hierbei wird also
die Winkelstellung aes nicht strahles relativ zum Gehäuse und damit zum Empfänger
beim Auftreffen des Richtstrahls auf die Mebstelle festgehalten, so daß die Auswert'uig
über die bekannten Dreiecksberechnungen erfolgt. Beispielsweise kann ein entsprechend
dem Verstellbereich des Abstandsmessers codiertes Muster vorgesehen sein, welches
in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung des Richtstrahles abfragbar ist und die
Auswertvorrichtung vorzugsweise über einen Umsetzer, insbesondere einen Schablonenumsetzen,
steuert.
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Vorzugsweise wird mit einer derartigen Ausführungsform mit einem Richtstrahl
gearbeitet, der aut dem Objekt an der Yeüstelle eine Markierung, beispielsweise
einen Lichttleck, erzeugt, welche sich deutlich von der Umgebung an Objekt abebt
und vom Empfänger erkannt werden kann. Eine solche Markierung kann auch im unsichtbaren
Bereich liegen. Dies hängt von der Art der verwendeten Strahlung ab. Der Vorteil
einer Markierung ist, daß mit deren Hilfe die Abstandsmessung ohne Berücksichtigung
der Reflexionsgesetze durchgeführt werden kann.
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Der MeZvorgang kann jedoch auch auf reiner Reflexion des Richtstrahls
am Objekt basieren, wenn der Richtstrahlerund der Empfänger so angeordnet sind,
daß der Richtstrahl mit dem Empfangsstrahl zusammenfällt. In diesem Fall erfolgt
die Auswertung des Signals nicht über eine Dreiecksberechung" sondern über eine
Laufzeitmessung der Strahlung vom nicht strahler zum Objekt und zurück zum Empfänger.
Die Laufzeitmessung kann ggf. jedoch auch durchgeführt werden, wenn «er Richtstrahl
mit dem Empfangsstrahl einen Winkel bildet. Für die Laufzeitmessung können bekannte
Prinzipien verwendet werden. Bevorzugt wird eine Auswertung der RuckkopplungsI'requenz,
die sich aus der überlagerung der Richtstrahlfrequenz :nt der Empfangsstrahlfrequenz
ergibt0 Für einen Abstandsmesser zur Bestimmung des Abstandes zweier Objekte voneinander
wird vorgeschlagen, daß in den; Gehäuse eine zur einen Gehäuseseite hin und damit
zu dem einen Objekt in messende erste sbstandsmeUe Lnrich-tung und in bestimmter
Anordnung zu dieser eine zur anderen Gehäuseseite und damit zum anderen Objekt hin
messende zweite Abstandsmeßeinrichtung vorgesehen ist und daß durch die Auswerteinrichtung
die von den Abstandsmeßeinrichtungen erhaltenen Werte selbsttätig zu einem dem Abstand
der beiden Objekte voneinander entsprechenden Gesamtwert auswertbar sind.
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In der bevorzugten Lösung entsprechen die beiden Abstandsmeßeinrichtungen
den weiter oben beschriebenen, nur zur einen Seite hin messenden Abstandsmessern.
Die Abstandsmessung erfolgt somit mit Hilfe eines zum Objekt hin ausgesendeten elektromagnetischen
Richtstrahles über eine Laufzeitmessung oder vorzugsweise eine Dreiecksberechnung,
für welcne der Winkel zwischen der einen Strahlrichtung (der Richtung des Richtstrahles
oder des Empfangsstrahles) und einer gehäusefesten, die eine Dreiecksseite bildenden
Bezugslinie und deren Länge vorgegeben sind und der Winkel zwischen dieser Bezugslinie
und dem anderen Strahl gemessen wird. Das erfindungsgemäMe Mebprinzip, mit dem zwischen
zwei Objekten befindlichen Abstandsmesser jeweils die Entfernung zwischen diesem
und dem einen Objekt und dem anderen Objekt zu messen was die Teilergebnisse selbsttätig
zu dem Gesamtergebnis zusammenzufassen, laßt sich jedoch auch mit anderen bekannter
Äbstandsmeß,einrichtungen, beispielsweise mit Schnittbildent-Lernungsmessern verazirklichen.
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Die jeweils den Abstand des Abstandsmessers zu dem einen ender anderen
Objekt darstellenden Teilergebnisse erden auf einen ihnen gemeinsamen gehäusefesten
Bezugspunkt bezogen una addiert. Insbesondere auch bei einem solchen erfindung gemäßen
Abstandsmesser ist dessen Kombination mit einem
elektronisch arbeitenuen
Taschenrechner vorteilhaft, durch welchen die beiden Teilergebnisse selbst errechnet
und dann zum Gesamtergebnis zusammengefaßt werden können. Hierbei.
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können die beiden Teilergebnisse zunächst eingespeichert und dann
für ihre Addition abgerufen werden. Bevorzugt kann auch das Endergebnis eingespeichert
werden, so daß es für eine spätere Rechnung zur Verfügung steht. Werden hierbei
mehrere Speicherplätze vorgesehen, in welche jeweils das Ergebnis mehrerer Messungen
eingespeichert werden können, so können diese Einzelergebnisse in einer entsprechenden
Rechenoperation gemeinsam verarbeitet werden. Beispielsweise läßt sich dann der
Flächeninhalt einer Wand eines Zimmers dadurch ermitteln, daß nacheinander die Abstände
der die Wand jeweils an gegenüberliegenden Seiten begrenzenden Wände voneinander
gemessen und in den Speicher eingelesen werden, aus welchem sie durch den Rechner
abgerufen und miteinanaer multipliziert werden und zur Anzeige gebracht werden.
3ei drei freien Speicherplätzen ist es beispielsweise entsprechend möglich, den
Rauminhalt eines Zimmers zu bestimmen.
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Für den zu zwei Seiten hin messenden Abstandsmesser, welcher mit elextromagnetischen
Richtstrahlen, arbeitet, können die Abstandsmeßeinrichtungen jeweils einen mit diesen
zusammenwirkenden Richtstrahler aufweisen. Es können jedoch auch
zwei
zu entgegengesetzten Gehäuseseiten hin ausgeichtete Richtstrahler mit einem ihnen
gemeinsamen Empfänger kombinicrt werden, welcher von der Ausrichtung auf die eine
Ge-Gehäuseseite hin auf diejenige zur anderen Gehäuseseite hin umstellbar ist0 Bevorzugt
wird, daß die beiden Abstandsnefeinrichtungen jeweils einen Empfänger aufweisen
und daß den beiden in einander entgegengesetzten Richtungen ausgerichtexten Empfängern
ein gemeinsamer Richtstrahler zugeordnet ist, dessen Richtstrahl erst zur einen
Gehäuseseite hin und dann zur anderen Gehäuseseite hin umschwenkbar ist.
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Ba; zur Umstellung von der einen Gehäuseseite auf die andere Ge--auseseite
hin umschwenkbare Teil ist vorzugsweise ein Schwenkspiegel, welcher aus einer Anfangsstellung,
in welcher er zur einen Gehäuseseite hin ausgerichtet ist, bis in eine Ehdstellung
angetrieben verschwenliz werden kann, in welcher er zur anderen Gehäuseseite hin
weist. In der bevorzugten Lösung wird somit das Schwenken des Richtstrahles durch
das Schwenken.
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eines Spiegels bewerkstelligt, auf dessen Schwenkachse der Richtstrahler
ausgerichtet ist.
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Die erfindung wird anhand von bevorzugten AusSührungsbeispielen, die
aus der beiliegenden Zeichnung ersichtlich sind, erläutert. In der Zeichnung zeigt:
hig.
1 schematisch den grundsätzlichen Aufbau eines zu zwei Seiten hin messenden Abstandsmessers,
Fig. 2 und 3 ein Beispiel für eine zugehörige elektrische Schaltung der Auswerteinrichtung
und Fig. 4 ein Beispiel für den Aufbau eines geeigneten Rechnerteils.
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Der aus Hig. 1 mit seinen wesentlichen Hauptteilen ersichtliche Abstandsmesser,
welcher nach zwei entgegengesetzten Seiten hin mißt und die Teilergebnisse dann
selbsttätig zu einem Gesamtergebnis zusammenfabt una zur Anzeige bringt, weist in
einem Gehäuse 16 zwei einander entgegenge-setzt ausgerichtete empfänger 4 und 5
auf, die jeweils aus einem Bototransistor gebildet sind. Zwischen den Empfängern
4 und 5 una selArecht zu diesen ist in der Plittelachse des Gehäuses 16 eine Lampe
6 angeordnet, die in Zusammenwirken mit einer Zerstreuungslinse 12 und einer Sammellinse
9 einen Richtstrahler bildet, der einen gebündelten Strahl aussendet Die Strahlungsrichtung
verläuft genau senkrecht zu der jeweiligen Empfangsrichtung der Empfänger 4 und
5. Vor diesen ist jeweils eine Lochblende 17, 18 und ein optisches System 7, 8 zur
genauen
Festlegung der jeweiligen Empfangsrichtung angeordnet.
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Der von der Lampe 6 ausgesendete Richtstrahl wird auf die Schwenkachse
eines im hinteren Teil des Gehäuses 16 gelagerten Schwenkspiegels 14 gerichtet,
durch welchen der Richtstrahl zur Seite umgelenkt und aus dem Gehäuse abgestrahlt
wird. Der Schwenkspiegel 14 ist aus einer Anfangsstellung, in welcher der Richtstrahl
einen Winkel von 450 mit der Spiegelfläche bildet und zu der einen Gehäuseseite
hin reflektiert wird, in eine Endstellung angetrieben verschwenkbar, in welcher
der Richtstrahl wiederum einen Winkel von 450 mit der Spiegelfläche bildet, jedoch
zur anderen Gehäuseseite hin reflektiert wird. Als Antrieb für.'den Schwenkspiegel
14 ist ein Hubmagnet 15 angedeutet. Der Spiegel 14 wird somit um einen Winkel von
900 verschwenkt, so daß der vom Spiegel reflektierte Teil des Richtstrahles einen
Schwenkwinkel von 1800 beschreibt. In der beim Schwenken vom Richtstrahl überstrichenen
Ebene liegen auch die Strahlachsen der Empfänger 4 und 5.
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Wenn sich der vom Spiegel 14 in einer bestimmten Schwenkstellung abgestrahlte
Richtstrahl mit der Stralilachse des einen oder anderen Empfängers 4, 5 an einer
Melsstelle am MeBobjekt treffen, wird durch die Strahlachse, den Richtstrahl -und
dem Lot von der Schwenkachse des Spiegels 14 auf die
Strahlachse
des Empfängers ein rechtwinkliges Dreieck aufgespannt, von weichem der Bezugsabstand
1 von der Schwenkachse des Spiegels 14 zu der Strahlachse des Empfängers gemessen
entlang dem Lot als die eine Kathete bekannt ist und der Winkel zwischen dieser
Kathete und dem Richtstrahl in der betreffenden Schwenkstellung über die Stellung
des Spiegels 14 gemessen werden kann. Danach läßt sich der Abstand der Heßstelle
von der bekannten Kathete mit der Bezugslängee 1 als Länge der anderen Kathete gemessen
entlang der Strahl achse des Empfängers berechnen. Die bekannte Kathete bildet die
Bezugslinie 19 für beide Neßanordnungen.
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Zur Bestimmung des Winkels zwischen dem Richtstrahl in der auf die
Meßstelle ausgerichteten Stellung und der 3ezugslinie 19 ist an der Rückseite des
Spiegels 14 senkrecht zu dessen Achse eine halbkreisförmige Codierscheibe 20 befestigt,
die somit zusammen mit dem Schwenkspiegel verschaJenkt wird. Am Umfangsrand ist
die Codierscheibe 20 über einen Viinkelbereich vcn 900 mit einem Lochrand versehen,
der insgesamt 1800 in gleichmäßigen Abständen verteilte Löcher aufweist, so daß
die aufeinanderfolgenden Winkelbereiche 10 und 11 jeweils durch cine Anzahl von
900 Löchern gekennzeichnet ist. Die Löcher -er(len mittels eines Fototransistors
2 und einer nicht dargestellten Leucatdiode beim Verschwenken des Spiegels 14 und
damit der Scheibe 20 abgezählt. In der in Fig. 1 gezeigten Anfangsstellung
des
Schwenkspiegels 14 befindet sich der Anfang der Lochreihe des Winkelbereichs 10
am Ort des Fototransistors 2. Während der Bewegung der Codierscheibe 20 werden die
Löcher abgezählt, bis durch das beim Auftreffen des Richtstrahls auf die mit dem
Empfänger angepeilte Pleßstelle am Objekt ein Empfangssignal erhalten wird, durch
dessen Auftreten der Zählvorgang angehalten wird. Die abgezählte Zahl wird dann
zur Berechnung des Winkels und des Meßabstandes weiterverarbeitet.
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Am Umfang des zweiten Winkelbereiches 11 der Codierscheioe 20 ragt
eine Abschirmleiste 3 heraus, durch welche eine weitere Lichtschranke zwischen einer
Leuchtdiode una einen zweiten Fototransistor 1 unterbrochen wird, sobald beim SchwerSeil
der Codierscheibe 20 das letzte Loch des vorhergehenden Winkelbereichs 1Q; abgezählt
ist, die Codierscheibe 20 somit um einen Winkel von 450 geschwenkt hat. hierdurch
wird der Zählvorgang für den Winkelbereich 11 eingeleitet, damit der Absszid des
anderen Meßobjektes zur Bezugslinie 19 weber die Winkelmessung zwischen der Bezugslinie
19 und dem durch die entsprechende Schwenkstellung des Spiegels 14 nun zur anderen
Gehäuseseite hin gerichteten Richtstrahl bestimmt werden kann, sobald dieser auf
die Meßstella ausgerichtet ist. Entsprechend der Schwenkrichtung des Spiegels 20
im Uhrzeigersinn gemäß Fig. 1 nimmt der Winkel zwischen
dem am
Spiegel 14 zur linken Gehäuseseite hin reflektierten Richtstrahl und der Bezugslinie
19 ausgehend von 900 ab und der Winkel zwischen dem nach rechts in Fig. 1 reflektierten
Richtstrahl und der Bezugslinie 19 nimmt ausgehend von OO beim Schwenken des Spiegels
14 zu. Dies wird für den beschriebenen Zählvorgang dadurch berücksichtigt, aaß in
den dem Meßvorgang an der linken Gehäuseseite zugeordneten Winkelbereich 10 die
Löcher des lochrandes ausgehend von der Zahl 900 zurückgezählt und für den anderen
Winkelbereich 11 ausgehend von der Zahl 0 vorwärtsgezählt werden.
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Das Umstellen des Zählers erfolgt mittels der Abschirmung 3, sobald
diese die dem Transistor 1 zugeordnete Lichtschranke unterbricht.
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Für den Mevorgang wird der Abstandsmesser an irgendeiner Stelle zwischen
zwei Objekten, deren Entfernung voneinander bestimmt werden soll, gehalten, wobei
die Empfänger 4 und 5 mittels einer nicht gezeigten optischen Peileinrichtung auf
die betreffenden Meßstellen an den Objekten ausgerichtet sind. Es wird dann durch
lTiederdrücken einer Plebtaste der Antrieb tür den Spiegel 14 aktiviert, so daß
dieser den Mebbereich durchläuft. Gleichzeitig wird die Lampe 6 des Richtstrahlers
eingeschaltet. Sobald der richtstrahl die Meßstelle überstreicht, auf welche der
eine und dann
der andere Empfänger ausgerichtet sind, empfangen
die Empfänger ein Blitzsignal, welches jeweils den Zählvorgang an der Codierscheibe
20 beendet. Der Zählwert wird mit einem in das Gehäuse ebenfalls eingebauten elektronischen
Rechner, der beispielsweise in Form von integrierten Schaltungen aufgebaute Rechenelemente
gemäß der in Fig. 4 gezeigten Rechnermatrix aufweist, zu dem den Abstand des einen
Objekts von der Bezugslinie 19 angebenden Teilergebnis weiterverarbeitet. Dieses
Teilergebnis wird gespeichert.
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Sodann erfolgt die Ermittlung des Abstandes des anderen Objektes von
der Bezugslinie 19 und das entsprechende zweite Teilergebnis wird bei dessen Vorliegen
selbsttätig durch den Rechner mit dem erstenTei1ergebnis addiert und zur Darstellung
des Gesamtergebnisses zur Anzeige gebracht.
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Mit dem Rechner können auch sonstige Rechnungen je nach seiner Ausstattung
durchgeführt und zur Anzeige gebracht werden, ohne daß gleichzeitig eine Abstandsmessung
erfolgt.
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Die Schwenkzeit für den Spiegel 14 für beide Meßvorgänge ist vorteilhaft
möglichst kurz. Beispielsweise kann'sie 1/10 Sek.
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betragen. Für denselben Zeitraum muß die Lampe 6 aktiviert sein. Das
Einschalten des Meßvorganges geschieht durch Niederdrücken einer Meßtaste, wodurch
sowohl die Lampe 6,
als auch der Antrieb 15 für den Spiegel 14
eingeschaltet werden. Die Zündverzögerung der Lampe 6 wird durch eine ganz links
in Fig. ß schaltungsmäßig ersichtliche Verzögerungseinrichtung für den als Antrieb
15 lür den Schwenkspiegel 14 dienenden Hubmagneten berucksichtigt.
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Der schaltungsmäßige Aufbau. für die beim Abstandsmesser gemäß Fig.
1 verwendete MeX- und Auswertvorrichtung ist aus den Fig. 2 una 3 ersichtlich. Im
Au'ührungsbeispiel wird die Codierscheibe 20 während des Meßvorganges um 90° innerhalb
1/10 Sekunde verschwenkt und dabei werden die Löcher an ihrem Lochrand abgezählt.
Bür jeden Winkelbereich 10 und 11 werden somit 900 Löcher. innerhalb von 0,05 Sekunden
überstrichen, so daß für jedes Loch ein Zählzeitraum von 5,56 x 10 5 zur Verfügung
steht, was einer Zählfrequenz von 18 kHz entspricht. Der im Ausführungsbeispiel
verwendete und aus Fig. 2 ersichtliche Vorwärts-Rückwärts-Zähler SN 74190 schafft
ungefähr eine Zählfrequenz von 30 MHz. Gemäß Fig. 2 wird bei beleuchtetem Fototransistor
1 anfänglich die Zahl 900 im Binärcode auf die Eingänge des Rückwärts-Vorwärts-Zählers
gelegt (mit 15, 10, 9 Ab, c bezeichnet).
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Mit dem eingezeichneten IC 0 74121 werden alle Flipp-Flopps auf Ziffer
0 gestellt. Das IC 0 hat den Ausgang 3 T. Uber den Bototransistor 1 wird der Zähler
auf Vorwärtszählen geschaltet,
sobald-die Abschirmung 3 den Lichtstrahl
zwischen dem Transistor 1 und der zugeordneten Leuchtdiode 21 unterbricht. Dem Zähltransistor
2 ist die Leuchtdiode 22 zugeordnet.
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Sobald der Richtstrahl mit dem zum Empfänger 4 führenden Abtaststrahl
an der Meßstelle zusammentrifft, ändert sich der Innenwiderstand der den Empfänger
4 bildenden Fotozelle Pa kurzzeitig. Da der Spiegel dem Richtstrahl eine hohe Winkelgeschwindigkeit
gibt, empfängt die Foto zelle FI einen Lichtblitz, durch welchen ein sehr kurzes
Empfangssignal gebildet wird, welches auf dem Operationsverstärker OP 1 sehr hoch
verstärkt wird. Die Schaltdauer des Operationsverstärkers beträgt im Ausführungsbeispiel
E;ingangskapazität x 0,69 x Eingangswiderstand. Diese Verzögerung kann man bei höheren
Winkelgeschwindigkeiten für den Code aut der Codierscheibe berücksichtigen.
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Vom OP 1 in hig. 2 geht das Signal auf ein normales Digitalschaltglied,
dessen Ausgang mit 4 T bezeichnet ist. Dieser Ausgang schaltet die UND-Glieder 4a
bis 41 durch. Dieser Wert geht weiter auf die Schieberegister SN g496 gemäß Fig.
3.
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Die Schieberegister IC 1. SN 7496 bis IC 12. SN 7496 sind in Reihe
geschaltet. Jedes IC besitzt fünf Parallel-Ein-und Ausgänge.
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Der Wert der Schieberegister wird vom IC 1. SN 7496 in Richtung IC
12. SN 7496 geschoben. Am unteren Rand in Fig. 3 ist eine Kette aus 14 Rechenschritten
zu je 4 Bit dargestellt. Die Leitung 4T ist mit dem -Parallel-2bernahmeeingang 8
der IC 8. SX 7496 bis IC 11. SN 7496 verbunden.
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Für die aus dem Zähler kommende dreiziffrige Zahl wird mittels des
Rechners vor der letzten Stelle ein Komma gesetzt, welchem gemäß Fig. 3 die Binärzaghl
LLOO zugeordnet ist. Für die Abstandsberechnung ist außerdem der Tangens des über
den Zählwert erhaltenen Winkels zu berechnen, wofür gemäß Fig. 3 die Binärzahl LLLL
vorgesehen ist. Dem während der Rechenoperation zu verwendeten Additionszeichen
ist die Binärzahl LLOO zugeordnet. Parallel zu dem Dekodierer SN 7442 ist gemäß
Fig. 3 ein Codierer für die vier Rechenzeichen mit dem 10 1. SN 7420 und dem IC
2. SN 7420 vorgesehen.
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Das aus iig. 3 ersichtliche IC 3. 1/2 SN 7420 ist schaltungsmäßig
eingangs- und ausgangs-gegiert, so daß dieses Schaltglied als ODER-Funktion arbeitet.
Dieses NAND gibt seinen
Wert auf einen Monoflopp, der den Takt
für 1/10 Sekunde unterbricht.? Dies geschieht, um bei der Rechenoperation insbesondere
für die Berechnung des Tangens des gemessenen Winkels ausreichend Zeit zu haben,
da diese Rechnung mit Hilfe der entsprechenden arithmetischen Reihe durchgeführt
wird, was Zeit braucht.
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Der Leitung TX sind fuaf Flipp-Flopps nachgeschaltet, die sich im
IC 1 bis IC 3 SN 7473 berinden (Asynchronzähler), wie aus kig. 3 ersichtlich. Diesen
Flipp-Flopps sind zwei logische Schaltverknüpfungsglieder nachgeschaltet, Nr. 1
("1/2 SN 7420 X IC 3. - Binärzahl + verknüpit).
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Das Ausgangssignal schaltet die vier UND-Glieder IC 1 SN 7408 durch
(Fig. 3), so daß durch das Schieberegister bei jedem vierten Takt der Wert auf die
Dekodierung, also auf IC 1 SN 7442 sowie auf die Operationszeichendekodierung, geschaltet
wird.
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Das zweite logische Schaltglied Er. 2 IC 4 SN 7420 (Fig. 3), ist mit
der Binärzahl LLOO, also der Dezimalzahl 54 verknüpft. Das heißt, es werden bis
zu 14 x 4 Bit, also 56 Bit, auf den Ausgang 14, 13, 11, 10, des IO 12. SN 7496 geschoben.
Bei der Zahl 56 wird das sechste Flipp-Flopp von
dem IC 3 SN 7473
Fig 3), welches als Ein- und Ausschalter des Taktgenerators dient, geschaltet. Dieser
besteht aus dem 10 2 3/4 SN 7400, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Gemäß Fig. 3 wird
über die Leitung T4 ein Monoflopp geschaltet, welches nach dem Einlesen über das
ODER-Glied x 56 den Taktgenerator einschaltet. Die Ausgänge in Fig. 3 oben links
schalten die Rechnermatrix, z. B. HP 35 wie gemäß Fig. 4 oder von anderen die Funktion
tan enthaltenden Rechnern.
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Wie aus obigem ersichtlich, entsprechen die durch 10 geteilten Zählwert
jeweils dem Absolutwert des gemessenen Winkels Wenn eine Bezugslänge 1 von 0,1 m
vorausgesetzt wird, läuft die Berechnung eines rleßbeispiels für den Abstand X zwischen
zwei Objekten und einer Winkelmessung von zuerst 43,5° und dann 85,20 gemäß der
Gleichung X S l (tan 43,5 + tan 8f,2) in den folgenden Rechenschritten ab:
(eingabe)
Anzeige (Speicher) A 4 B 3 C Komma D 5 E tan
43,5° 0,9490 F 8 G 5 H Komma 1 2 J tan K E+J
85,2° 11,908/ 12,8577 L Komma M 10.1 N x
1,28577 m Auf ein wissenschaftliches Rechner-IC kann verzichtet werden, wenn die
Codierscheibe entsprechend codiert wird.
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Beispielsweise kann in der Codierscheibe die Tangensfunktion bereits
bei der Codierung berücksichtigt werden, so daß dann der entsprechende Kechenvorgang
wegfallen kann.
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Es ist ersichtlich, daß in dem Abstandsmesser gemäii Fig. 1 die Empfänger
4, 5 mit dem Richtstrahler 6 vertauscht werden
können, d. h. anstelle
der empfänger 4, 5 ist jeweils ein Richtstrahler vorgesehen und anstelle des Richtstrahrers
ein Empfänger, der auf die Schwenkachse des Spiegels 14 gerichtet ist.
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Ein erfindungsgedäßer Abstandsmesser kann auch im Rückkopplungsbetrieb
arbeiten, d. h. der ausgesendete Lichtstrahl wird vom Fototransistor empfangen,
wieder ausgesendet ns wieder empfangen usw. wenn sich der Richtstrahl und der Empfangsstrahl
überschneiden, entsteht dadurch eine Rückkopplungsschwingung, die man zum Auslesen
bzw. Lesen der Codierscheibe verwenden kann.
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Außerdem kann die Abstandsmessung auch über eine Laufzeitmessung erfolgen.
Hierbei ist in einer bevorzugten Austührungsform auf jeder Seite des Abstandsmessers
ein Sender und ein Empfänger angeordnet, die rückgekoppelt sind. Die Rüpkkopplungsfrequenz
stellt ein MaM für die Laufzeit des Lichtes dar und kann somit zur Abstandsbestimmung
ausgewertet werden. Bei diesem System wird ein Richtstrahl von dem beispielsweise
aus einer Beuchtdiode gebildeten Sender auf der einen Seite des Abstandsmessers
gebündelt ausgesendet und von der Meßstelle am Objekt zurück auf den als Empfänger
wirkenden Fototransistor dieser Apparateseite reflektiert.
Das
dadurch erhaltene Signal wird verstärkt und auf der anderen Seite des Abstandsmessers
auf das anderc Objekt gesendet, wo der dort befindliche Empfänger aen am anderen
Objekt reflektierten Strahl empfängt. Das Empfangssignal wird verstärkt und wieder
auf den Sender der ersten Apparateseite geschaltet. Mit einem derartigen Rückkopplungssystem
kann der Abstand zwischen den beiden Objekten unter Berücksichtigung del bekannten
Rückkopplungsrrequenz aer Bautelle sowie der Trägheit der als Sender dienenden Leuchtdioden
und der als Empfänger dienenden Fototransistoren sowie dem vom Lichtstrahl durchlaufenen
Weg durch.entsprechende heß- und Auswertglieder bestimmt werden. Ein Schablonenumsetzer
oder dgl. kann dadurch entfallen.
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- Ansprüche -