DE2602503A1

DE2602503A1 - Einrichtung zur lagebestimmung

Info

Publication number: DE2602503A1
Application number: DE19762602503
Authority: DE
Inventors: Harald Ing Wessner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-27
Filing date: 1976-01-23
Publication date: 1976-07-29
Also published as: JPS51100772A; US4007383A; NL7600811A; ATA56675A; AT358847B

Description

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Ing. Karl Vockenhuber, 1180 Wien, Pötzleinsdorferstraße 118

DDr. Raimund Hauser, 1040 Wien, Goldeggasse 2/2/2/9 ?-3 J ■- 1976

Einrichtung zur Lagebestimmung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Lagebestimmung mindestens zweier, relativ zueinander beweglicher Gegenstände, vorzugsweise ein Vorwählzählwerk, bei der die Koizidenz von mit den Gegenständen verbundenen Kennzeichen bezüglich einer vorgegebenen Leitlinie festgestellt, bzw. ermittelt wird, die durch einen zwischen einen Sender für elektromagnetische Wellen und einen Empfänger errichtet elektromagnetischen Energiestrahl gebildet ist, und durch die Kennzeichen bildende optische Elemente beeinflußbar ist.

Einrichtungen zur Lagebestimmung mindestens zweier, relativ zueinander beweglicher Gegenstände, werden auf verschiedenen Gebieten der Technik gebraucht. Beispielsweise besteht die Aufgabe aus einer Anzahl von Gegenständen jene auszusortieren, die übereinstimmende Eigenschaften besitzen und die deshalb mit übereinstimmenden Kennzeichen versehen wurden. Hiezu gehören Karteikartenspeicher, bei denen zu einem Stapel angeordnete Karteikarten mit eine Bohrung aufweisenden Reitern besetzt sind. Mittels einer Stange können jeweils jene Karteikarten zugleich ausgehoben werden, deren Reiter miteinander fluchten. Es sind weiters sogenannte Ziffernschlösser bekannt, die aus einer Reihe von Ziffernecheiben bestehen, welche eine zentrale Bohrung mit einer radikalen Kerbe aufweisen. Befinden sich alle Kerben der Scheibenreihe in Flucht, so kann in die hintereinanderliegenden Bohrungen ein Zapfen mit einem radialen Dorn eingeführt werden. Nach einem ähnlichen Prinzip arbeiten voreinstellbare Rollenzählwerke.

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Bekannt ist auch eine Positionierungs- und Steuereinrichtung für bzw. mit Lochstreifen, bei der als Kennzeichenfühler ein fließfähiges Medium, vorzugsweise Druckgas, verwendet wird ( DT-OS 2, 240.083).

Einrichtungen mit mechanischer Abfühlung der Kennzeichen wirken rein "statisch", d. h. Lageänderungen der einzelnen Glieder ( Karteikarten, Scheiben u. dgl. ) bleiben zunächst unbemerkt, d. h. sie können erst durch probeweises Einführen der Taststange festgestellt werden, oder sie sind solange nicht durchführbar als die Taststange eingeführt ist. Einrichtungen mit fließfähigem Medium arbeiten zwar "dynamisch", d. h. die einzelnen Glieder können sich unbeschränkt zueinander bewegen, so daß ein bestimmter Lagezustand der Glieder "fliegend" feststellbar ist, doch bringt die Bereitstellung des fließfähigem Mediums, wie z. B. Druckgas, einen hohen Aufwand an Hilfseinrichtungen mit sich, mit denen eine solche Anlage relativ unbeweglich, unüberwachungsbedürftig, störungsanfällig und kostspielig wird.

Es sind nun zwar auch Vorwählzählwerk der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei denen die optischen Elemente von Lochblenden gebildet waren. Nur dann, wenn die Öffnungen dieser Lochblenden miteinander fluchteten und so den Energiestrahl hindurchließen, war die jeweils gewünschte Position erreicht. Im allgemeinen mußte dabei so vorgegangen werden, daß zuerst die gewünschte Lage eingestellt wurde und hierauf das Zählwerk auf "Null" gesetzt wurde. Auf diese Weise war die gewünschte Lage durch die Nullstellung des Zählwerkes markiert und konnte jederzeit wieder aufgesucht werden. Nachteilig daran war, daß es erst des Aufsuchens der gewünschten Lage bedurfte, um sie markieren zu können. Gerade bei Magnettongeräten ist es aber häufig so, daß man von vorne herein gewisse Zählwerkseinstellungen kennt, bei denen an bestimmten Bändern eine gewisse Musiksendung od. dgl. beginnt. Nun ist zwar auch bei einer anderen bekannten Konstruktion vorgeschlagen worden, die öffnungen der Lochblenden an beliebigen Stellen anzubringen, die beispielsweise einer bestimmten Lage entsprechen. Hier ist wiederum nachteilig, daß die einmal hergestellten Öffnungen nicht leicht auswechselbar sind, sodaß bei Anwendung auf ein Magnettongerät, zwar eine bestimmte Lage mittels eines solchen mechanischen Gedächnisses gemerkt werden kann, nicht aber verschiedene Lagen, wie

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sie für verschiedene Magnetbänder von Bedeutung wären.

Durch die Erfindung wird eine Einrichtung der eingangs genannten Art geschaffen, welche die Nachteile bisher bekannter Einrichtungen nicht aufweist. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die optischen Elemente von den Energiestrahl ablenkende Glieder, vorzugsweise Ablenkprismen sind, wobei paarweise einem einstellbaren Ablenkglied, insbesondere dem einer Vorwählscheibe, ein Ablenkglied des Gegenstandes, insbesondere des Zählwerkes, In der Weise entspricht, daß bei nur Übereinstimmung der eingestellten Lage und der Lage des Gegenstandes der Energiestrahl zum Empfänger gelenkt ist. Dadurch können beliebige Lagen vorgewählt oder auch bestimmt werden, ohne daß es sich dabei um die Nullstellung oder eine andere vorbestimmte Lage handeln muß.

Als elektromagnetische Energiestrahlen kommen in erster Linie sieht- oder unsichtbares Licht, ferner Laserstrahlen, oder auch gebündelte HF-Strahlen in Betracht.

An Hand der Zeichnung werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei noch weitere Erfindungsmerkmale erkennbar werden. Es zeigen Fig. la und Ib ein übliches Rollenzählwerk mit einer erfindungsgemäßen Lagebestimmungseinrichtung in Auf- und Seitenriß, Fig. 2a und 2b ein bei dem Zählwerk nach Fig. 1 verwendetes optisches Element in zwei Stellungen, Fig. 3a und 3b ein ähnliches Element ebenfalls in zwei Stellungen, Fig. 4 eine Anordnung ähnlich der nach Fig. 1 mit einer nachgeordneten Steuerschaltung flir einen Motor, und Fig. 5 die mit der Schaltung erzielbare Betriebekennlinie.

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Die Fig. 1 a und 1 b zeigen ein Rollenzählwerk, dessen mechanischer Aufbau üblicher Art ist. In einem Rahmen 1 sind übereinander drei Wellen 2, 3 und 4 gelagert. Die Untere Welle 4 trägt übliche Ziffernrollen 5 mit einer zugeordneten Zehnerschaltvorrichtungö. Die Welle trägt ferner ein auf die Ziffernrolle des niedrigsten Stellenwertes einwirkendes Antriebsritzel 5, das mit einer Schnecke 6 kämmt, die seinerseits auf einer Antriebswelle 7 mit Antriebs-Schnurrolle 8 sitzt.

Jede Ziffernrolle 5 ist mit einem Zahnrad 9 gekuppelt oder einstückig mit diesem angefertigt, welche Zahnräder mit je einem auf der Welle 3 lose gelagerten Zwischenzahnrad IO kämmen.

Auf der Welle 2 sind ebenfalls Ziffernrollen 12 gelagert, die jedoch unabhängig voneinader mittels je einer einstückigen Rändelscheibe 13 willkürlich verdrehbar sind. Jede dieser Ziffernrollen 12 weist im Kreis angeordnete Durchbrechungen 14 auf, von denen jede einer Ziffer der Rolle entspricht.

Neben jeder Ziffernrolle 12 befindet sich auf der Welle 2 ein Zahnrad 11, und alle diese Zahnräder kämmen je mit einem der Zwischenräder IO auf der Welle 3.

Die Zwischenzahnräder IO übertragen somit die Drehung der unteren Ziffernräder 5 auf die oberen Zahnräder 12. Der untere Zählwerksatz ist hinter einem Schaufenster 15 gelagert und seine Anzeige ist somit mit dem Auge ablesbar.

Der obere Ziffernrollensatz dient als Voreinstellvorrichtung für eine Ziffernkombination _% bei deren Erreichen während des Zählvorganges ein Signal, z. B. für Steuerzwecke u. dgl., erzeugt werden soll. Um dies zu bewerkstelligen,ist folgende Anordnung vorgesehen: In der Höhe des Scheitels der kreisförmigen Anordnung der Durchbrechungen 14 befinden sich im Rahmen 1 Durchbrechungen 16 und 17, die also mit den Durchbrechungen 14 der Ziffernrollen 12 in jeder Zählatellung derselben einen freien Durchblick gewähren. Vor der Durchbrechung 16 befindet sich eine bündelnde Lichtquelle und vor der Durchbrechung 17 eine lichtempfindliche Zeile 19. Jeder aus einem Ziffernrad 12 und einem Zahnrad 11 bestehenden Kombination ist eine optische Anordnung zugeordnet, die an Hand der Fig. 2a, b und 3a, b erklärt wird.

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Das Grundprinzip dieser optischen Andordnung geht aus den Fig. 2a, b hervor. Auf einer Welle 21 sind zwei Prismen in Form eines unsymetrischen Ktriles 2O, 2O'gelagert. Befinden sich beide Prismen in der in der Fig. 2a gezeichneten Relativsteilung, in der die Keilfläehen parallel zueinander liegen, so wird ein einfallender Lichtstrahl 22 durch die Prismen lediglich parallel verschoben. Verdreht man nun eines der Prismen auf der Welle 21 um löO°, so daß die in Fig. 2b dargestellte Lage beider Prismen entsteht, so wird der einfallende Lichtstrahl seitlich abgelenkt. Die gleiche Wirkung haben durchsichtige Scheiben 23, 23 '(Fig. 3a, b), die an den einander zugekehrten Hauptflächen mit einer Schar zueinander paraller Einzelpriamen in Form unsymetrischer Keile versehen sind.

Solche durchsichtige Prismenscheiben 23, 23 ' sind nun mit jeder Ziffernrolle 12 und jedem Zahnrad 11 vereint, und zwar so, daß in der O-Stellung aller Ziffernrollen 5 und 12 jedes Scheibenpaar 23, 23» die in Fig. 3a dargestellte Durehlaßstellung einnimmt. Hiebei ist zu erwähnen, daß die Zahnräder 11 ebenfalls Durchbrechungen 14 wie die Ziffernrollen 14 aufweisen oder aus durchsichtigen Material bf stehen müssen.

Die in Fig. 1 angezeigte Einstellung der Ziffernrollen auf den Wert O-O-O- ergibt also einen freien Durchblick zwischen der Lichtquelle 18 und der lichtempfindlichen Zelle 19 und damit ein Ausgangs signal von der Zelle 19. Stellt man mit den Voreinstellrollen 12 über die Rändelscheiben 13 eine andere Ziffernkombination ein, so tritt der freie Durchblick zwischen der Lichtquelle 18 und der Zelle 19 erst dann auf, wenn die Anzeigerollen 5 diese Ziffernkombination anzeigen, bzw. die Zahnräder 11 mit den optischen Gliedern 23 ' ebenfalls entsprechend dieser Ziffernkombination verdreht worden sind. Dann nämlich liegen die Prismenscharen auf den Scheiben 23 und 23 ' so, wie es die Fig. 3 _a zeigt, und sie gestatten einen ungebrochenen Durchgang des Lichtes.

An dieser Stelle sei betont, daß für die bloße Feststellung der Koizidenz mehrere neben- oder hintereinanderangeordneter Gegenstände, diese Gegenstände lediglich mit ihren Sollstellungen entsprechenden Durchbrechungen, Schirmen, Linsen usw. versehen sein müssen, die dann bei Koinzidenz den Energiestrahl entsprechend beeinflussen.

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Die Fig. 4 zeigt eine ähnliche Anordnung, wie die Fig. I₁ nämlich mit hintereinanderliegenden optischen Paaren brechender Elemente 24- - 24., die je einem Zustand, z. B. dem Stellenwert eine Zahl, einer Regelgröße und dgl. zugeordnet sein können. Die Elemente können nach Art jener nach Fig. 3a, b ausgebildet sein. Am Eingang dieser Reihe optischer Elementenpaare befindet sich eine bündelnde Lichtquelle 25, die einen Lichtstrahl 26 normal zu den Hauptflächen der Elemente aussendet. Hinter den Elementen 24 befindet sich in Flucht mit der Lichtquelle 25 ein Ablenkspiegel mit einer zentralen Öffnung 28. Hinter dem Ablenkspiegel 27, ebenfalls in Flucht mit der Lichtquelle 25 ist eine erste lichtempfindliche Zelle LPl angebracht. Im Ablenkestrahlengang des Spiegels 27 befindet sich eine zweite lichtempfindliche Zelle LP2, der eine optische Anordnung 29 vorgeschaltet ist.

An die lichtempfindlichen Zellen LPl, LP2 ist eine elektronische Schaltung 3O mit zwei Transistoren Tl und T2 angeschlossen. Die beiden Zellen LPl und LP3 sind mit einem Pol an die Klemme -B einer Spannungsquelle angeschlossen. Der andere Pol der Zelle LPl ist zur Basis des Transistors Tl geführt, dessen Emitter-Kollektor Strecke in Serie mit einem Widerstand 32 an die beiden Pole -B und +B der Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen Widerstand 32 und Transistor T 1 ist mit dem anderen Pol der Zelle LP2 und der Basis des Transistors T 2 verbunden, dessen Emitter-Kolektor-Strecke in Serie mit einem Motor 31 an der Spannungsquelle angeschlossen ist.

Wie schon an Hand der Fig. 3a, b beschrieben, bewirken die Prismenpaare 24, je nach ihrer Relativstellung verschiedene Ablenkungen eines sich durchwetzenden Lichtstrahles. Bei der Hintereianderschaltung solcher Paare gemäß Fig. 4 kommt es dabei je nach den Rdaftvstellungen der Prismen zu verschiedenen mehr oder weniger abgelenkten Strahlengängen 26,, 26_O, 26_O , die in mehr oder weniger großem Ausmaß

ί Δ ο

den Spiegel 27 ausleuchten, Wenn alle Prismenpaare die in Fig. 3a gezeigte Stellung einnehmen, läuft der Ll chtstrahl 26 gestreckt durch die Prismenreihe und durchsetzt den Spiegel 27 durch seine Öffnung 28, ohne, daß der Strahl vom Spiegel selbst eine

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Ablenkung erfährt. Je weiter der Strahl infolge von Relativdiehungen der Prismen einzelner Paare aus der Geraden ausgelenkt wird (26„-26 -26 ), vermindert sich die durch

ο ί ι

die Spiegelöffnung hindurchgehende Lichtmenge zu Gunsten des vom Spiegel nun abgelenkten Anteiles. Im selben Verhältnis ändern sich aber auch die Ausgangsgrößen der lichtempfindlichen Zellen.

Die Wirkungsweise der Schaltung 30 ist nun folgende: Die beiden Transistoren Tl und T2 wirken in Abhängigkeit von an ihren Basen anliegenden Steuerspannungen als verä nderliche Widerstände. Hiebei bildet der Transistor T2 einen veränderlichen Vorwiderstand für den Motor M, wohingegen der Transistor Tl zusammen mit dem Widerstand 32 einen veränderlichen Spannungsteiler bildet, dessen Anzapfung 33 die Basisspannung des Transistors T2 liefert. Ist die Zelle LPl voll belichtet und die Zelle LP2 völlig dunkel, so liefert die Zelle LPl an den Transistor Tl ihre höchste Spannung und dieser wird leitend. Die Folge davon ist, daß die Anzapfung 33 praktisch die Spannung -B der Speisespannungsquelle annimmt, d. h. der Transistor T 2 gesperrt ist. Mit abnehmender Belichtung der Zelle LPl sinkt die Spannung an der Basis des Transistors Tl und dessen Widerstand wird zunehmend größer, so daß die Basisspannung des Transistors positiver wird und der Transistor T2 zunehmend leitet, wodurch der Motor anläuft und beschleunigt. Zugleich nimmt die Belichtung der Zelle LP2 zu und damit auch ihre Ausgangs spannung, die sie an die Basis des Transistors T2 liefert. In einem bestimmten Belichtungszustand der beiden Zellen LPl und LP2 übernimmt dann die Zelle LP2 allein die Steuerung des Motors M₁ der bei voller Belichtung der Zelle LP2 und bei völliger Dunkelheit der Zelle LPl in einem stationären Laufzustand arbeitet.

Durch eine passende Dimensionierung der Elemente dieser Schaltung läßt sich erreichen, daß die Steuerung des Motors praktisch allei η von der Zelle LP2 bewerkstelligt wird, während der Transistor Tl die Steuerung praktisch schlagartig ein- bzw. abschaltet, und zwar in dem Augenblick, in dem der Lichtstrahl voll auf die Zelle LPl auftrifft , d. h. die Prismenpaare ihre Ausrichtstellung einnehmen. Dies tritt aber voraussetzungsgemäß dann ein, wenn z. B. eine denPrismenpaaren zugemessene Zahl

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einen vorbestimmten Wert erreicht, oder wenn die den Prismenpaaren zugeordneten Regelgrößen eine vorbestimmte gegenseitige Beziehung eingenommen haben.

Die Fig. 5 zeigt noch in Diagrammform die Arbeitsweise der elektronischen Schaltung gemäß Fig. 4. Auf der Abzisse des Diagramm.es ist die Belichtungsstärke L und auf der Ordinate die Motorspannung U-. aufgetragen. Vom rechten Abzissenpunkt Ll, der die maximale Belichtung der Zelle LPl angibt, steigt die Spannungskurve des Motors M rasch an, und zwar zufolge des erwähnten Widerstandsanstieges des Transistors Tl. Die somit hauptsächlich durch die Zelle LPl beeinflußte Motorspannungslinie ist deshalb mit LPl bezeichnet. Im Punkte X der Motorspannungslinie übernimmt nun die Zelle LP2 die Motorsteuerung in Form der Motorspannungslinie LPl, bis zur vollen Belichtung der Zelle LP2 die an der Abzisse mit L2 angegeben ist.

Da die Kurve LPl bedarfsweise sehr steil angelegt werden kann, ist es - wie schon angedeutet - möglich, die Motorsteuerung vollständig der Zelle LP2 zu übertragen und die Zelle LPl lediglich die Ein- bzw. Ausschaltfunktion zuzumessen.

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Claims

i- A 3 5 OSE

23. Jss. tS?6

Patentansprüche

\ 1.J Einrichtung zur Lagebestimmung mindestens zweier, relativ zueinander beweglicher Gegenstände, vorzugsweise Vorwählzählwerk, bei der die Koinzidenz von mit den Gegenständen verbundenen Kennzeichen bezüglich einer vorgegebenen Leitlinie festgestellt, bzw. ermittelt wird, die durch einen zwischen einen Sender für elektromagnetische Wellen und einen Empfänger errichteten elektromagnetischen Energiestrahl gebildet ist, und durch die Kennzeichen bildende optische Elemente beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente von den Energiestrahl ablenkende Glieder, vorzugsweise Ablenkprismen sind, wobei paarweise einem einstellbaren Ablenkglied, insbesondere dem einer Vorwählscheibe, ein Ablenkglied des Gegenstandes, insbesondere des Zählwerkes, in der Weise entspricht, daß bei nur Übereinstimmung der eingestellten Lage und der Lage des Gegenstandes der Energiestrahl zum Empfänger gelenkt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei relativ zueinander verstellbare Gegenstände bzw. Kennzeichen mit einander kompensierenden Prismen ( 23, 23' ) bestückt sind, die in einer Relativstellung den einfallenden Lichtstrahl ungebrochen durchlassen, diesen jedoch in einer anderen Relativstellung ablenken ( Fig. 3a, b ).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger einen im Lichtstrahlengang angeordneten, eine Öffnung ( 28 ) aufweisenden Ablenkspiegel ( 27 ) und einen hinter der Spiegelöffnung ( 28 ) und einen im Ablenkstrahlengang angeordneten lichtempfindlichen Fühler ( LPl vor LP2 ) aufweist, die an die Stelleingänge einer elektronischen Schaltung ( 30 ) angeschlossen sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische

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Ao

Schaltung ( 30 -, einen aus einem ersten Transistor ( Tl ) und einem Widerstand ( 32 ) gebildeten Spannungsteiler aufweist, ein mit einem Verbraucher ( 31 ) in Serie geschalteter zweiter Transistor ( T2) mit seiner Basis an den Anzapfpunkt ( 33 ) des Spannungsteiiers und einen der lichtelektrischen Fühler ( LP2 ) angeschlossen ist, wohin gegen die Basis des ersten Transistors ( Tl ) mit dem anderen lichtelektrischen Fühler ( LPl ) verbunden ist.

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