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Programmgeber für Steuer- und Regelzwecke Die Erfindung betrifft
einen Programmgeber für Steuer- oder Regelzwecke zur Erzeugung eines Ausgangssignals
nach einer vorgegebenen Funktion der Zeit, bei welchem eine kontrastbildende Programmspur
auf einem in einer Vorschubrichtung vorwärtsbewegten Programmsteifen mittels eines
quer zu der Vorschubrichtung beweglichen photoelektrischen Tastkopfes abgetastet,
der Tastkopf durch seine Abtastsignale mittels eines Stellmotors dieser Programmspur
nachgetührt wird und durch einen Weggeber ein von der Stellung des Tastkopfes abhängiges
Signal erzeugt wird.
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Programmgeber für Steuer- und Regelzwecke enthalten üblicherweise
Kurvenscheiben, die entsprechend dem gewünschten Programm zugeschnitten sind, eine
langsame Drehbwegung ausführen und durch einen Kurventaster abgetastet werden. Die
Herstellung solcher Kurvenscheiben ist aufwendig, die Genauigkeit und Auflösung
des Programms ist begrenzt. Es ist daher schon versucht worden, ein Programm als
eine kontrastbildende Programmspur auf einem in einer Vorschubrichtung vorwärtsbewegten
Programmstreifen darzustellen und diese Programmspur
mittels eines
photoelektrischen Tastkopfes nachzufahren.
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Die Bewegung des Tastkopfes kann dann in ein entsprechendes Ausgangssignal
umgesetzt werden. Bei einem solchen photoelektrischen Nachfahren einer Programmspur
bietet es Schwierigkeiten, den Tastkopf ständig auf der Programmspur zu halten und
sicherzustellen, daß der Tastkopf die Programmspur nicht etwa bei sprungartigen
Änderungen des Programms verliert. Diese Probleme ergeben sich daraus, daß die Programmspur
im Verhältnis zu ihren Lageänderungen auf dem Programmstreifen sehr dünn ist und
mit einem entsprechend fein ausgeführten Tastkopf abgetastet wird, während andererseits
übliche Nachlaufglieder mit einer erheblichen Trägheit behaftet sind. Schwierigkeiten
können auch durch Reibungseinflüsse entstehen, die dazu führen, daß sich der Tastkopf
nur ruckweise bewegt, was ebenfalls die Gefahr eines Verlustes der Programmspur
erhöht. Es sind Kurvensteuergeräte bekannt, die mit einem photoelektrischen Tastkopf
einer Linie, z.B.
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in einer Zeichnung, folgen und in Abhängigkeit von der Bewegung des
Tastkopfes eine Bearbeitungsmaschine, z.B. eine Brennschneidemaschine, steuern.
Die bei solchen Kurventastern verwendeten Tastköpfe, welche die Tangentenrichtung
der Kurve abtasten und über Sinus -Ko sinus -Generatoren in zwei Koordinatenrichtungen
angetrieben werden, sind außerordentlich aufwendig und für einen Programmgeber der
hier vorliegenden Art nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Programmgeber der
eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem für den Fall, daß der Tastkopf doch
einmal die Programmspur verliert, ein automatisches Wiederfinden der Programmspur
gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Signal
des Weggebers auf eine bei einem vorgegebenen Wert des Signals ansprechende, mit
Hysterese behaftete Kippstufe geschaltet ist, deren Ausgang den Stellmotor in einem
den Tastkopf in die Nullage zurückführenden Sinne ansteuert.
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Wenn der Tastkopf dann einmal über die Programmspur hinausschießt
und diese dadurch verliert, so erhält er das gleiche Signal, als wenn er sich ttunterhalbtX
der Programmspur befindet. Der Stellmotor wird so angesteuert, daß er den Tastkopf
in eine obere Endlage zu führen trachtet. Dementsprechend ändert sich auch das Signal
des Weggebers. Bei Uberschreiten eines bestimmten Wertes dieses Signals, der oberhalb
des benutzten Wertbereiches liegen kann, spricht die Kippstufe an und gibt ein Gegenkommando
auf den Stellmotor, durch den der Tastkopf wieder in die Nullage zurückgeführt wird.
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Durch die Hysterese der Kippstufe wird verhindert, daß sich die Bewegungsrichtung
des Tastkopfes vor Erreichen der Nullage schon infolge der entsprechenden Veränderung
des Weggebersignals wieder umkehrt. Der Tastkopf wird daher in die Nullage oder
im wesentlichen in die Nullage zurückgeführt und sucht sich dann die Programmspur
von neuem.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 ist eine schematisch-perspektivische
Darstellung eines erfindungsgemäßen Programmgebers.
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Fig. 2 zeigt den photoelektrischen Tastkopf von unten in Fig. 1 gesehen
und veranschaulicht dessen Wirkungsweise.
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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Programmgebers.
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Mit 10 ist ein Gerätegehäuse bezeichnet, welches zwei Seitenwände
12 und 14 aufweist. Die Seitenwände 12 und 14 weisen in der unteren Hälfte einen
vom vorderen Rand nach hinten sich erstreckenden Ausschnitt 16 auf. In diese Ausschnitte
ist eine Kassette 18 einschiebbar. Zwischen den Seitenwänden 12 und 14 erstreckt
sich ein Gleichstromlinearmotor 20. Der Gleichstromlinearmotor 20 enthält einen
zylindrischen Kern 22 und eine Magnetleiste 24, wobei sich ein radiales Magnetfeld
in dem Luftspalt zwischen dem Kern 22 und der Magnetleiste 24 ausbildet. Auf dem
Kern 22 sitzt als Läufer des Linearmotors eine Spule 26. Mit der Spule 26 ist ein
photoelektrischer Tastkopf 28 verbunden.
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Parallel zu dem Gleichstromlinearmotor erstreckt sich ein Potentiometer
30. Der Tastkopf 28 ist auf einem sich parallel zu dem Kern 22 erstreckenden Stab
32 geradgeführt.
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Am Rande sitzt an der Seitenwand 12 ein feststehender photoelektrischer
Tastkopf 34.
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Die Kassette i8 enthält zwei Seitenwände 48, die in die Ausnehmungen
16 der Seitenwände 12 und 14 des Gerätegehäuses einschiebbar und komplementär zu
diesen geformt sind. Zwischen den vorderen Teilen der Seitenwände 48 sind Rollen
50, 52 gelagert, von denen die Rolle 52 nach Einschieben der Kassette 18 in das
Gerätegehäuse 10 mit der Abtriebswelle des Getriebes 40 über (nicht dargestellte)
Antriebsmittel gekuppelt ist. Um die Rollen 50, 52 ist ein als Endlosband ausgebildetes
Programmband 54 herumgelegt. Das Programmband 54 wird durch herausnehmbare Gegendruckrollen
56, die nach dem Herumlegen des Programmbandes um die Rollen 50, 52 eingesetzt werden,
um die Rollen herum straff gehalten, so daß eine einwandfreie Lage des Programmbandes
54 in diesem Bereich gewährleistet ist. Die hinter den Gegendruckrollen 56 gebildete
Schleife des Programmbandes 54, die je nach den Erfordernissen verschiedene
Längen
haben kann, wird lose in den hinteren Teil der Kassette 18 aufgenommen. Unter dem
photo elektrischen Tastkopf 28 liegt bei eingeschobener Kassette ein straff gespannter
Teil des Programmbandes.
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Auf dem Programinstreifen ist eine kontrastbildende Programms spur
60 mit Tusche aufgezeichnet, die den gewünschten zeitlichen Verlauf einer Meßgröße
wiedergibt. Der Tastkopf 28 folgt in noch zu beschreibender Weise dem Verlauf der
Programmspur durch seitliche Bewegungen längs der Stange 32, wenn der Programmstreifen
54 in der durch den Pfeil 62 angedeuteten Vorschubrichtung bewegt wird. Dabei gleitet
ein mit dem Tastkopf 28 verbundener Schleifer 64 auf dem als Weggeber dienenden
Potentiometer 30, und es wird an dem Schleifer 64 ein von der Stellung des Tastkopfes
28 und so von dem Verlauf der Programmspur abhängiges Signal abgegriffen.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht der Tastkopf aus einer GaAs-Diode
68 als Lichtsender und einem Phototransistor 70 als Photoempfänger. Beide sind dicht
über der Oberfläche des Programmstreifens 54 angeordnet. Die GaAs-Diode 68 erzeugt
einen hellen Fleck auf der Oberfläche des Programmstreifens 54, und das reflektierte
Licht wird von dem Phototransistor 70 empfangen. Wenn der Tastkopf 28 in der in
Fig. 2 dargestellten Weise zur Hälfte über der dunklen Programmspur 60 und zur Hälfte
über dem hellen Untergrund steht, erhält der Phototransistor 70 einen mittleren
Lichtstrom. Wandert der Tastkopf 28 nach links in Fig. 2 aus, so wird der Lichtstrom
größer, wandert der Tastkopf nach rechts, wird der Lichtstrom vermindert.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird die Lumineszenzdiode (GaAs-Diode)
von einer Quelle 72 mit einer Wechselspannung hoher Frequenz gespeist und liefert
dementsprechend Wechsellicht. Der Phototransistor 70 liefert ein entsprechendes
Wechselstromsignal hoher requenz,dessen Amplitude vom Lichtstrom abhängt. Das Ausgangssignal
des Phototransistors
70 wird über ein Hochpaßfilter 74 geleitet,
welches die von Gleichlicht oder Netzfrequenz herrührenden Komponenten unterdrückt,
aber die Frequenz der Quelle 72 durchläßt. Das so erhaltene Wechselstromsignal wird
mittels eines Gleichrichters 76 gleichgerichtet. Das durch die Gleichrichtung erhaltene
Gleichstromsignal steuert einen Pulsbreitenmodulator 78. Dieser Pulsbreitenmodulator
78 ist so eingerichtet, daß er bei dem oben erwähnten mittleren Lichtstrom, wenn
der Tastkopf halb auf der dunklen Programmspur und halb auf dem hellen Untergrund
steht, Pulse entgegengesetzter Polarität mit einem Pulsbreitenverhältnis von i:l
liefert. Wird der Lichtstrom geringer, so werden die Pulse, welche den Tastkopf
28 nach links in Fig. 2 zu bewegen tracht, breiter im Verhältnis zu denen, die den
Tastkopf 28 nach rechts in Fig. 2 zu bewegen suchen. Wird der Lichtstrom größer,
überwiegen dagegen die Pulse, welche den Tastkopf nach rechts zu bewegen trachten.
Ist der Tastkopf 28 vollständig neben der Pro gramm spur, dann ergibt sich am Ausgang
des Pulsbreitenmodulators 78 vorzugsweise ein Dauerstrichsignal in einem den Tastkopf
28 nach rechts bewegenden Sinne. Die Ausgangssignale des Pulsbreitenmodulators 78
werden über einen Verstärker 80 auf den Gleichstromlinearmotor 20 geschaltet, der
den Tastkopf 28 entsprechend bewegt. Der Tastkopf 28 führt somit eine ständige kleine
Schwingbewegung aus, wodurch ruhende Reibung vermieden und ein schnelles und ruckfreies
Nachführen des Tastkopfes 28 gewährleistet ist.
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Mit dem Tastkopf 28 ist der Schleifer 64 auf dem Potentiometer 30
beweglich, an dem ein stellungsproportionales Signal abgegriffen wird. Dieses Signal
liefert über einen Verstärker 82 ein Ausgangssignal an einem Ausgang 84 vorzugsweise
in Form eines eingeprägten Stromes.
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Das Signal am Schleifer 64 wird weiterhin auf eine mit Hysterese behaftete
Kippschaltung 86 gegeben. Diese Kippschaltung 86 spricht bei einem vorgegebenen
Wert des Signals, vorzugsweise oberhalb des vorgesehenen Meßbereiches, an und
gibt
dann eine Spannung auf den Eingang des Gleichrichters 76, welches den Gleichrichter
76 sperrt und damit an dem Eingang des Pulsbreitenmodulators "Dunkelhei t" vortäuscht,so
daß der Pulsbreitenmodulator 78 den Tastkopf 28 nach links in Fig. 2 zur Nullage
zurück bewegt. Wegen der Hysterese der Kippschaltung 86 wird diese Rückbewegung
durch das dabei erfolgende Absinken der Spannung am Schleifer 64 nicht unterbrochen.
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Die Spannung am Abgriff 64 des Potentiometers 30 wird weiterhin mittels
eines Differenziergliedes 88 differenziert. Das so erhaltene, im wesentlichen der
Stellgeschwindigkeit des Tastkopfes 28 proportionale Signal wird auf den Eingang
des Pulsbreitenmodulators 78 gegeben und bewirkt eine Dämpfung der Tastkopfbewegung.
Dadurch wird ein sonst mögliches Überschwingen vermieden.