DE2601250A1 - Vorrichtung zum gewinnen einer abtastung und zum sichtbarmachen der abtastung - Google Patents

Vorrichtung zum gewinnen einer abtastung und zum sichtbarmachen der abtastung

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Description

Vorrichtung zum Gewinnen einer Abtastung und zum Sichtbarmachen der Abtastung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewinnen einer Abtastung und zum Sichtbarmachen der Abtastung.
Zum Erkennen von Gegenständen in einer Umgebung, in der die Wahrnehmung oder Beobachtung durch Sehen oder durch Ultraschallwellen unmöglich ist, ist es herkömmlich notwendig, Tastvorrichtungen zu verwenden. Da die Arbeitsbedingungen mitunter sehr schwierig sind, wie im Unterwasserbereich, wird die Verwendung von Tastvorrichtungen empfohlen, die starr, zuverlässig und betriebssicher sind zum Erfassen und zum späteren Sichtbarmachen der Oberfläche des Gegenstandes dessen Lage erkannt oder dessen Form erfaßt werden soll.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Gewinnung einer Abtastung zu schaffen, die eine leichte Erkennung der Form eines Gegenstandes mittels eines auch unter
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wasser und bei erhöhten Drücken wirkenden MehrfachfUhlers erlaubt, wobei die Handhabung der Vorrichtung außerdem bequem sein soll.
Gemäß der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Gewinnen einer Abtastung und zum Sichtbarmachen der Abtastung einen MehrfachfUhler mit einem Raster aus N Stangen auf, deren jede einen ferromagnetischeriTeil aufweist und die in N Spulen gleiten. Die Spulen bilden die N Sekundärwicklungen eines Transformators r dessen Primärwicklung, die allen N Sekundärwicklungen gleich ist, durch eine einzige Spule gebildet ist, die die N Sekundärwicklungen umgibt. Der Primärkreis oder die Primärwicklung wird von einer Wechselstromquelle mit Wechselstrom konstanter Amplitude versorgt. Die Vereinigung einer Stange und einer Spule bildet einen Fühler und die Bewegung der Stange im Inneren der Spule modifiziert oder verändert den Wert des von der Sekundärwicklung oder -spule erfaßten Flusses und dadurch der an deren Klemmen abfallenden Spannung. Diese Spannung zeigt die Lage des den Gegenstand berührenden Endes der Stange an.
Die Vorrichtung^nPhält erfindungsgemäß weiter eine mechanische Führung zum Kontaktieren der N Stangen des Mehrfachfühlers mit dem Gegenstand, der abzutasten ist, d. h. um die Form eines Teils seiner Außenfläche zu erfassen. Im allgemeinen wird ein mechanischer Arm zum Führen der Mehrfachfühler-Einrichtung in Kontakt mit dem Gegenstand verwendet.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält weiter einen Multiplexer zum sequentiellen Führen der an den Klemmen der N Sekundärspulen abfallenden N Spannungen an ein Sichtgerät, im allgemeinen den Bildschirm eines Speicher-Oszillographen,
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wobei das Sichtgerät ausgehend von den N Spannungen ein Bild der Abtastung des Gegenstandes durch N Punkte bildet. Eine Koordinate jedes Punkts am Sichtgerät ist eine Linearfunktion der entsprechenden an den Klemmen der Sekundärspulen abgefallenen Spannung.
Jede Spule bildet einen differentiellen oder einen Differenz-Transformator, der durch die Primärwicklung versorgt ist; die Spule wird durch zwei reihen- und gegengeschaltete Wicklungen gebildet, wodurch erreicht wird, daß dann, wenn der ferromagnetische Teil der verschiebbaren Stange symmetrisch gegenüber den beiden Wicklungen angeordnet ist, keine Spannung an den Klemmen der Spule auftritt oder abfällt; jede Verschiebung der Stange erzeugt eine Spannung an den Klemmen der Spule. Vorteilhaft ist das äußerste Ende der Stange, daseien Gegenstand berühren soll, aus unmagnetischem Werkstoff, um eine Kanalisierung der magnetischen Flußlinien zum Gegenstand zu vermeiden, wenn dieser ferromagnetisch ist, da die Kanalisation die Meßgenauigkeit beeinträchtigt.
Die der Lage jedes Fühlers entsprechenden Anzeigen oder Angaben werden zum Sichtgerät gemultiplext,auf dem eine Reihe von Punkten eingeschrieben wird, dessen Koordinaten proportional der Verschiebung jedes Stabs in jeder Spule sind. Ein herkömmliches Verfahren ermöglicht die perspektivische Darstellung auf dem Bildschirm des Speicher-Oszillographen
. der N Punkte. , die den Stellungen der N Fühler auf der Fläche des Gegenstandes entsprechen.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Mehrfachfühler mit einem Raster aus N Stangen gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 im einzelnen einen Fühler;
Fig. ^ schematisch ein elektronisches Schaltbild zum Multiplexen der Signale;
Flg. 4 und 5 verschiedene Spannungssignale an bestimmten Punkten der elektronischen Sbhaltung und zum Anlegen an die S teuer leitungen zur Horizontal- und Vertikalablenkung eines Speicher-Oszillographen;
Fig. 6 den Linienzug oder die punktweise Aufzeichnung auf einem Speicher-Oszillographen zur perspektivischen Darstellung eines Teils der Oberfläche des Gegenstands;
Fig. 7 ausführlich eine Erzeugerschaltung zum Erzeugen von 64 Impulsen.
In Fig. 1 ist ein MehrfachfUhler gemäß der Erfindung dargestellt, der N Stangen 2 aufweist, die im Inneren von Sekundärspulen 4 gleiten oder bewegbar sind. Das Raster dieser N = m χ m Fühler wird durch ein Quadrat gebildet, wobei jede Seite m gleich beabstandete Fühler aufweist. Die N Fühler sind im Inneren einer Primärspule 6 angeordnet, um die eine Bewicklung 8 aufgewickelt ist, die durch Leitungen 10, 12 mit einer (nicht dargestellten) Wechselspannungsquelle verbunden ist. Das Ende 14 jedes Tasters oder Fühlers ruht auf der Oberfläche eines Gegenstands 16, um mittels der verschiedenen Kontakt- oder Berührungspunkte die Form der Oberfläche des Gegenstands 16 zu gewinnen oder nachzubilden.
Ein mechanischer Arm oder ein beliebiges anderes System durch Rad-Zahnrad- oder Zahnstangen-Übersetzung ermöglicht die Verschiebung des Mehrfachfühlers, um ihn mit dem Gegenstand 16 zu kontaktieren oder in Berührung zu bringen.
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In Fig. 2 ist eine der Sekundärspulen 4 dargestellt, die mit einer der Stangen 2 zusammenwirkt oder verbunden ist und einen Fühler bildet. Dieser kleine differentielle oder Differenz-Transformator, der vom Primärkreis der Fig. versorgt ist, ist durch zwei reihengeschaltete Wicklungen 18, 20 gebildet, wobei diese in Gegenrichtung gewickelt sind. Die Wicklungsrichtung wechselt beiderseits der elektrischen Verbindung 22. Die Wicklungen 18, 20 sind mittels zweier Leitungen 24, 26 mit einem elektronischen System zur Amplitudenerfassung des an den Klemmen dieser Spule abfallenden Potentials verbunden. Die Stange 2 gleitet im Inneren der Spule, die durch die beiden Wicklungen 28 gebildet ist, und weist einen ferr©magnetischen Teil 28 auf, der die Flußlinien im Inneren der beiden Sekundärwicklungen 18, 20 kanalisiert, wobei der Fluß durch den Primärkreis 8 (vgl. Fig.l) erzeugt ist. Abhängig von der Lage des ferromagnetischen Teils 28 der Stange 2 wird der Magnetfluß· von einer der
beiden Kreise oder Wicklungen 18 bzw. 20 vorzugsweise erfaßt, wodurch die Potentialdifferenz, die zwischen den Ausgangsleitungen 24, 26 induziert ist, geändert wird. Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, der ferromagnetische Teil 28 in mittiger Lage ist, ist die Potentialdifferenz an den Klemmen 24 und 26 der Wicklungen 18, 20 Null. Dabei ist dae Teil oder das Ende 14 der Stange 2 in Kontakt mit dem Gegenstand 16, wobei das Ende 14 der Stange 2 vorteilhaft unmagnetisch ist.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Mehrfachfühler ist ein Gleichdruck-Fühler, der unter erhöhten FlussigkeitsdrUcken arbeiten l<ann, wobei die Flüssigkeit im Inneren des Mehrfachfühlers umwälzbar ist, ohne dessen Funktionsweise oder dessen Betrieb zu beeinträchtigen. Diese Anordnung ist vorteilhaft für einen Betrieb in flüssiger Atmosphäre oder Umgebung.
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Die Strom- bzw. Spannungsquelle für die Primärspule erzeugt z. B. ein Sinussignal mit 400 Hz.
In Fig. 3 ist ein elektronisches Schema oder Schaltbild des Multiplexers dargestellt, der aufeinanderfolgend das Zuführen von Signalen an eine Zufuhr- oder Steuer leitung des Oszillographen ermöglicht, die der Amplitude der an jedem Fühler abfallenden Spannungen entspricht. Die andere Steuerleitung des Oszillographen empfängt durch einen Zeitoder Taktgeber H synchronisierte Signale nach geeigneter logischer Verarbeitung. Das Taktsignal aktiviert die Wehnelt»Elektrode des gleichen Oszillographen in regelmäßigen Seitabständen, wodurch schließlich die Sichtbarmachung einer perspektivischen Ansicht der Oberfläche des Gegenstandes auf dem Bildschirm des Oszillographen möglich ist, wobei die Oberfläche ausgehend von N Anzeigen oder Angaben gebildet ist, die durch den MehrfachfUhler gegeben sind. Beim erläuterten Ausführungsbeispiel enthält der Mehrfachfühler vierundsechzig Fühler in einem Raster mit acht Fühlerzeilen und acht Fühlerspalten. In jeder Zeile sind beispielsweise die acht Fühler mit einer Multiplexer-Schaltung P1, P2 ... Pg vom Typ A M 3705 verbunden. Die Eingänge dieses Multiplexers sind mit Ausgängen A, B, C eines l6-Teilers D, verbunden. Die durch den Taktgeber H periodisch erzeugten Signale sind in Fig. 4 dargestellt. Die Ausgänge jedes Multiplexers vom Typ B sind mit den Eingängen eines weiteren Multiplexers P_ vom Tap A M 3705 verbunden, an dessen Eingängen die Signale A,, B-, und D anliegen. Die verschiedenen Multiplexer P, bis Pq sind derart angeordnet, daß am Eingangsanschluß des Multiplexers Ρ« sequentiell die Amplituden erhalten werden, die den vierundsechzig von den vierundsechzig Fühlern stammenden Signalen entsprechen.
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_ γ —
Die Λτοη den 16-Teilern D1 und D2 abgegebenen Signale A, B, C, D, A1, B1 werden in die verschiedenen Multiplexer Pj, eingegeben und in Verstärker Ag, A„ und Ao um an den Anschlüssen X und .Y, die mit den Horizontal- und Vertikal^Ablenkst euer leitungen des Oszillographen-LichtflePte verbunden sind, nachlaufende oder aufeinanderfolgende Signale zu erzeugen, die eine Linearkombination der verschiedenen Signale verwirklichen. Die Relativamplitude dieser Signale in der Kombination ist durch Widerstände in jeder Eingangsleitung der Verstärker bestimmt. Der Taktgeber gibt Rechtecksignale H (ζ.. B.) der Frequenz 400 Hz ab, nämlich der gleichen Frequenz wie die des Versorgungssignals der Primärwicklung des Transformators, der die Signale in den Sekundärspulen hervorruft, die die Fühler bilden. Auf diese Weise sind die an jedem Fühler auftretenden Ausgangssignale alle gleichphasig entnommen und geben die relativen Sinusamplituden der in jedem Fühler erzeugten Signale gut wieder, wobei diese Amplituden proportional der Verschiebung der Stange 2 im Inneren des Fühlers bzw. der Spule 4 sind.
Die erzeugten Signale werden nach Durchtritt durch einen Transistor F1 nach Verstärkung an die Steuer leitung Y des Oszillographen angelegt. Die Widerstände, die die Eingänge verbinden, die die Signale A, B, C am Verstärker Ag empfangen, sind fortschreitend mit dem Verhältnis 2 geometrisch ebenso wie die Widerstände, die die Leitungen D, A1 und B1 mit den Verstärkern A^ und A„ verbinden. Das Schließen eines Unterbrechers s löst einen einzigen Abtast- oder Ablenkzyklus der vierundsechzig durch die Fühler abgegebenen Informationen aus. Dabei bilden mit einem RC-Netzwerk verbundene integrierte Schaltungen A1 und Ap zwei bei 400 Hz selektive Filter. Der Transistor F1 ist ein Feldeffekttransistor, der gesperrt ist, wenn sein Gate- oder Tor-Anschluß auf negativem Potential liegt. Wenn die Gate-Spannung Null wird, sättigt sich der
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Transistor F, und der Source-Drain-Widerstand (Quellen-Abfluß-Widerstand) nimmt nun einen geringen Wert an: Der Transistor F1 leitet und die von den Fühlern stammenden Informationen werden an den Steueranschluß bzw. die Steuerleitung Y des Oszillographen angelegt. Eine 65ste Sekundärspule liefert oder erzeugt eine Sinusspannung b mit (z.B".) 400 Hz, die nach Durchtritt durch das Filter Ap den Eingang eines Vergleichers A1. beeinflußt. Durch Einstellen der Referenzspannung des "Verstärkers oder Vergleichers A1, durch den am positiven Eingang angeordneten Widerstand wird am Gate-Anschluß des Transistors F1 ein Proben- oder Kontrollsignal ausreichend kurzer Dauer erhalten,und am Ausgang des Verstärkers A1- treten Rechteckimpulse auf mit einer Impulshöhe, die der Signalamplitude der von den Fühlern abgegebenen Signalen entspricht. Das durch das Signal b eingeführte Synchronisiersignal von der 65sten Sekundärspule mit fixiertem (nichtdifferentiellem) Eisenkern ist durch den Verstärker A-, in ein Rechtecksignal transformiert, dessen Periode "der der Grundwelle des Sinussignals an der 65sten Sekundärspule entspricht. Sattigungsumschaltbare Transistoren T1 und To führen zur Festlegung des Taktsignals H, das anschließend an einen Eingang einer Schaltung N1 geführt wird. Ein Impedanzanpaßglied A10 erzeugt Synchronimpulse, die die Löschung des Kathodenstrahlbündels in Übergangsphasen steuern,, die das Auftreten zweier aufeinanderfolgender Punkte von zwei verschiedenen Fühlern trennen: Die Steuerleitung W ist mit der Wehnelt-Elektrode des Oszillographen verbunden.
In Fig.4 äind dargestellt das Taktsignal H sowie die Signale A, B, C, D, A-, B1, die von den Teilern D1 und D„ abgegeben sind. Das nach dem Verstärker A„ erhaltene Signal X1 ist eine Kombination der Signale D, A1 und B1, nämlich eine
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Linearkombination des Signals D mit dem Faktor 1, des Signals A, mit dem Faktor 2 und des Signals B1 mit dem Faktor K. Durch die so erhaltene Signalkombination X, werden acht Stellungen oder Verzweigungen von Signalen erhalten, die von den Fühlern zur Steuerleitung Y geführt sind. Das Signal X„ wird vom Verstärker An durch Linearkombination der Signale A, B, C erhalten. Das Signal wird durch Beeinflussen des Signals A mit dem Faktor 1, des Signals B mit dem Faktor 2 und des Signals C mit dem Faktor 4 erhalten. Diese Kombinationen werden wie erwähnt, dadurch erhalten, das mit gleichen geometrischen Verhältnissen mit Faktor 2 die drei Widerstände am Eingang jedes Verstärkers Ag, A„ und Ag geändert sind.
Die Kombination . . v χ = XQ + X1, die in Fig. dargestellt ist, wird an die Horizontalablenk»Steuerleitung des Oszillographen angelegt. In gleicher Weise wird das Signal Y, infolge der Taktsignale erhalten, die im Verstärker A/- an den Leitungen D, A1 und B-, anliegen und dem sich das Signal YQ überlagert, das von einem der vierund-
β.
sechzig Fühler durch den Transistor F1 zugeführt ist. Die Kombination YQ + Y, ist im letzten Signalverlauf der Fig. dargestellt.
Die Fig. 6 zeigt ein Bild, das durch das Multiplexen der von den verschiedenen Fühlern stammenden Signale auf dem Bildschirm eines Speicher-Oszillographen erzeugt ist. Der erste Fühler gibt ein Signal ab, das an der Stelle 100 am Oszillographen bzw. dem Bildschirm, erscheint. Die verschiedenen Werte von X für die gleiche Fühler-Zeile wachsen an, wie das durch die Kurve XQ + X1 in Fig. 5 dargestellt ist. Jedem Wert von X entspricht ein Mittelwert von Y, der dem Wert Y1 und einem Inkrement Y0 entspricht, das
X 8.
proportional dem durch einen Fühler abgegebenen Signal ist.
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FUr die zweite Reihe oder Zeile der Fühler wird der Eingangswert von X dann um einen Wert ^X erhöht, wie das in den Signalverlauf XQ + X1 gemäß Fig. 5 dargestellt ist und der Wert für Y wird um den Wert A Y erhöht, um eine perspektivische Ansicht der Berührungspunkte der zweiten Fühler-
zu erhalten, anschließend wird dieser Schritt ausd von diesen neuen Anf&nggw©rt©n witöerholt, um Punkte 108, 109 usw. zu erhält&n« Ditse Vorgehensweise wird fortgesetzt, bis der Punkt erhalten wird, der dem letzten Fühler entspricht, nämlich der Punkt 164. Die Abtastung oder Ablenkung
in
wird nun beendet und es wird die Form der Fläche perspektivischer Ansicht erhalten, wie das in Fig. 6 dargestellt ist. Selbstverständlich kann nun der Mehrfaohfühler versetzt werden, um am gleichen Bildschirm eine neue Folge von vierundsechzig Punkten zu erhalten.
In Fig. 7 ist ausführlich eine Ausbildung der Schaltung N-, dargestellt, die 4 MW -Glieder mit 2 Eingängenjenthält. Ein Impuls I, der durch Schließen des Schaltglieds S erhalten wird, erzwingt eine Rückstellung auf Null (RAZ) der τ eiler D, und Dp. Die Schaltung N1 wird vom Taktsignal H versorgt. Das Impedanzanpaßglied A10 erzeugt das Signal W an die Wehnelt-Elektrode des Oszillographen jedesmal dann, wenn W = 0, d. h. wenn das Taktsignal H hohen Pegel besitzt.
Die Ausgänge A, B, C, D, A1, B1, C1, D1 gehen mit abfallender Flanke des Impulses I zum Pegel Null über. Die Glieder D1 und A10 empfangen das Taktsignal H bis das Eingangs C1 von neuem zum Wert 1 übergeht, d. h. am Ende der SXfj 64 Impulse. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgend 64 analoge Tore geöffnet und wird die Sichtbarmachung der 64 Punkte in 64/400 = 0,16 s erreicht.
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Claims (6)

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Gewinnen einer Abtastung und zum Sichtbarmachen der Abtastung,
gekennzeichnet durch
einen Mehrfachfühler mit einem Raster aus N Stangen (2), deren jede einen ferromagnetischeη Teil (28) aufweist und
die in N Sekundärepulen (4) gleiten, die ihrerseits N Sekundärwicklungen eines Transformators bilden, dessen gemeinsame
Primärwicklung durch eine die N Sekundärwicklungen (4) umgebende einzige Spule (6, 8) gebildet ist, wobeijdie Primärwicklung (6,8) von einer V/echselstromquelle mit Wechselstrom konstanter
Amplitude versorgt ist, und wobei die Vereinigung einer
der Stangen (2) und einer der Sekundärspulen (4) je einen
Fühler bilden,
eine mechanische Führung zum Kontaktieren der N Stangen (2) mit dem Gegenstand (16), der abzutasten ist, d. h., um die Form eines Teils seiner Außenfläche zu erfassen, und
einen Multiplexer zum sequentiellen Führen der an den Klemmen (24, 26) der N Sekundärspulen (4) abfallenden
N Spannungen an ein Sichtgerät, das aus den N Spannungen ein Bild des Gegenstands (16) durch N Punkte bildet, wobei eine Koordinate jedes Punktes am Sichtgerät eine Linearfunktion der entsprechenden an den Klemmen (24, 26) der
Sekundärspule (4) abgefallenen Spannung ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile der N verschiebbaren Stangen (2), die den abzutastenden Gegenstand (16) berühren, unmagnetisch sind.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sekundärspule (4) aus zwei reihen, geschalteten Wicklungen (18, 20) besteht, deren Wicklungsrichtung in jeder der beiden Wicklungen (18, 20) entgegengesetzt ist, und daß in der Gleichgewichtslage die in den beiden Wicklungen (18, 20) gleitende Stange (2) eine Spule mit so angeordnetem, ferromagnetischem Teil (18) bildet, da.ßdie in den beiden Wicklungen (18, 20) induzierten Ströme gleiche Stromstärke entgegengesetzten Vorzeichens so besitzen, daß an den Klemmen (24, 26) der Spule eine Nullspannung abfällt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis j5* dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer einen Speicher-Oszillographen ansteuert,
daß die N Stangen (2) des Mehrfachfühlers gemäß einem Raster mit m χ m = N Fühlern angeordnet sind,
daß der Eingang des Oszillographen, der die Ablenkung in Richtung der Achse OX steuert mit einem elektronischen Glied verbunden ist,das Signale abgibt, die durch eine Folge von ansteigenden Stufen gebildet ist, wobei die Stufenzahl N beträgt und die Zahl der Folgen m ist und jede der Folgen m Stufen enthält (Fig.4), und
daß der Eingang des Oszillographen, der die Ablenkung in Richtung der Achse OY steuert,mit einem elektronischen Glied verbunden ist , das ein Signal abgibt, das eine Folge von m Stufen enthält,das synchron zu den m Folgenin Richtung der Achse OX ist und dem Signale überlagert sind, die vom Multiplexer stammen und proportional zu dem an den N Sekundärspulen (4) abgefallenen Spannungen sind (Fig.5), um am Bildschirm des Oszillographen eine perspektivische Ansicht der Form der durch den Mehrfachfühler gewonnenen Abtastung zuerhalten.
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5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Glied, das von einer mit den beiden Steuergliedern zur Ablenkung in OX-bzw. OY-Richtung am Oszillographen synchronisierten Takt impuls quelle versorgt ist, die WehneIt-Elektrode des Oszillographen nur dann beeinflußt, wenn der Multiplexer ein Signal anlegt, das einer an den Sekundärspulen (4) abgenommenen Spannung entspricht.
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