DE2845534A1

DE2845534A1 - Elektronisches winkelmessgeraet

Info

Publication number: DE2845534A1
Application number: DE19782845534
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Auguste Mari Cadet; Francois Marie Louis Hullein
Original assignee: Sercel SAS
Current assignee: Sercel SAS
Priority date: 1977-10-20
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1979-04-26
Also published as: SE7810900L; US4240069A; DE2845534C2; FR2406804A1; CH636196A5; FR2406804B1; SE442553B

Description

DiPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIWS 3 Hannover

WOLFSTRASSE 24 · TELEFON (05 11) 83 45 30 -j g Oktober 1978

Dr.J/Ha

Keine Akte: 2482

SOGIETB D¹STUDES, RECHERCHES ET CONSTRUCTIONS ELECTRONIQUES SERCEL, Avenue Bei Air, 44 Carquefou - !Frankreich

Elektronisches Winkelmeßgerät

Die Erfindung "betrifft ein Winkelmeßgerät mit einer sich drehenden Scheibe, die in konzentrischer Spur Reihen von radialen, in regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Marken trägt, mit Detektoren vor den Reihen von Marken auf der Scheibenoberfläche, und zwar fest vor der sich drehenden Scheibe angeordneten Detektoren zur Festlegung eines festen Schenkels des zu messenden Winkels und um die Achse der sieh drehenden Scheibe verschwenkbaren Detektoren, durch deren Verschwenketeilung die Richtung des anderen Schenkels des zu vermessenden Winkels gegeben ist, und mit einer elektronischen Auswertvorrichtung für aus den Detektoren empfangene, beim Durchgang der Marken vor den Detektoren auftretende Signale, bestehend aus einem Zeitmarkengenerator, einem Zähler, TorSchaltungen und einem Phasenanalysator.

Sin solches Winkelmeßgerät findet seine Anwendung z.B. bei Zielfernrohren oder Theodoliten. Durch die Stellung des Referenzdetektors in Bezug auf die Drehachse der sich drehenden Scheibe und damit auch in Bezug auf die gleiehliegende

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Drehachse des verschwenkbaren Detektors ist eine materiellisierte Bezugsstellung gegeben, durch, die der eine Schenkel des zu messenden Winkels festgelegt ist_o Der andere Schenkel des zu messenden Winkels ist durch die Stellung des verschwenkbaren Detektors festgelegt. Dieser verschwenkbare Detektor bzw. verschwenkbare Detektoren sind an einem Träger angeordnet, welcher um die Achse der sich drehenden Scheibe verschwenkbar ist. Dieser Träger der Detektoren ist gekoppelt mit solchen Arbeitsmitteln, die für den verschwenkbaren Schenkel des zn vermessenden Winkels bestimmend sind, z.B. mit einem Fernrohr.

Die Messung wird in zwei Arbeitsgängen durchgeführt: Es vird eine Grobmessung und eine Feinmessung durchgeführt.

Die Grobmessung ist durch Zählung der Anzahl von in die sich drehende Scheibe eingravierten Marken durchgeführt, die von einem der Detektoren zwischen dem Durchgang einer Marke oder, einer charakteristischen Markierung der sich drehenden Scheibe und dem Durchgang der gleichen Markierung oder einer zugeordneten Markierung vor dem anderen Detektor wahrgenommen werden. Diese Grobmessung gibt einen V/inkelwert an, der durch die Zahl der Gravierungen der Scheibe bestimmt ist, die sich in jedem Augenblick zwischen dem Referenzdetektor und dem Keßdetektor befinden.

Die Feinmessung besteht darüber hinaus aus einer exakten Bestimmung des zusätzlich η Winkels zwischen den beiden Detektoren, wenn der Gesamtwinkel nicht exakt einer ganzen Anzahl von Intervallen zwischen aufeinanderfolgenden Marken der sich drehenden Scheibe ent-

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spricht. Der zusätzliche Winkel ist somit ein Bruchteil eines Intervalles zwischen zwei aufeinanderfolgenden Marken. Diese Feinmessung führt man mittels eines numerischen Phasenmessers durch eine Bestimmung der Dauer durch, die den Durchgang irgendeiner radialen Marke gegenüber dem einen Detektor und den Durchgang der einen Marke vor dem anderen Detektor nach dem ersten erwähnten Durchgang trennt (vorzugsweise unmittelbar danach).

Um die Präzision der Feinmessung mit Rücksicht auf mögliche Pehler in der Regelmäßigkeit der Gravur der Marken der sich drehenden Scheibe zu verbessern, führt man die Peinmessung für jeden Durchgang einer Marke vor dem Referenzdetektor durch. Diese Peinmessung führt man für eine große Zahl von aufeinanderfolgenden Marken (vorzugsweise auf einer oder mehreren kompletten Umdrehungen der Scheite) durch, dann berechnet man den Mittelwerk der durchgeführten Feinmessungen, um eine bessere Annäherung der globalen Peinmessung zu erhalten: Die Rechnung zeigt, daß die Pehler der Gravur praktisch Null sind, wenn man den Mittelwert für eine Zahl von aufeinanderfolgenden, in die Scheibe gravierten Marken bildet, wobei die Zahl möglichst nahe der Anzahl der Marken einer oder mehrerer ganzer Umdrehungen der Scheibe ist.

Bei der Mittelwertbildung dieser Peinmessungen des Winkelmaßes stellt sich dann ein besonderes Problem, wenn dieser Winkelwert dem Wert Null oder dem Wert 2~ benachbart ist, das ist dann, wenn die zwei Detektoren, der Referenzdetektor und der Meßdetektor, beinahe gleichzeitig vor sich eine Marke der drehenden Scheibe sehen, wenn also der Winkelabstand praktisch exakt einem Vielfachen des Winkelintervalle s zwischen zwei Marken ist.

In der Tat sind in diesem Palle Unregelmäßigkeiten des Abstandes der gravierten Strichmarken, deren Regelmäßigkeit nicht absolut perfekt ist, der Anlaß dafür, daß der Miasenmesser Gefahr läuft, einen kleinen positiven Winkel bei einer ersten Messung und einen geringfügig unter 2 T liegenden Winkel bei einer zweiten Messung zu messen. Das Mittel dieser Werte ergibt dann nicht einen Wert, der Null benachbart ist, wie es eigentlich nötig wäre. Wenn diese Unregelmäßigkeiten der Abstände der gravierten Strichmarken den gemessenen Winkel E mal eine andere Maßbezeichnung als IiFuIl haben lassen, wird das Mittel für η Feinmessungen in der Auswertvorrichtung nicht mit einem nahe Mull liegenden Wert berechnet, sondern mit dem Winkelwert 2K IT /n, was unanehmbar ist, weil hierdurch die Peinmessung völlig unbrauchbar wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Zweideutigkeit in der Peinmessung zu beseitigen und eine Möglichkeit einer exakten Winkelmessung mit relativ geringem Aufwand zu schaffen.

Der grundlegende Gedanke der vorliegenden Srfindung besteht darin, daß man den Nullpunkt der Phasenmessung wechselt, wenn die erste Peinmessung des Winkelmaßes zeigt, daß der Winkelwert nahe Null oder nahe 2^T ist. Der Wechsel des Nullpunktes ist dazu bestimmt, in der folgenden Messung bzw. den folgenden Messungen einen solchen Winkelwert in der Peinmessung zu erhalten, daß die Amplitude der durch die unregelmäßigkeiten der Strichteilung hervorgerufenen Schwankungen der Messungen nicht die Gefahr mit sich bringt, daß der gemessene Wert jenseits von Null oder 2^ liegt. Durch die Verschiebung des Nullpunktes der Phasenmessung erhält man somit eindeutige Werte.

Die Erfindung besteht darin, daß für eine der Winkelfeinmessung dienende Phasenmeßvorrichtung eine Schaltanordnung zur Verschiebung des Nullpunktes der der Feinmessung zugrundeliegenden Phasenmessung vorgesehen ist, die durch eine aufgrund einer ersten Phasenmessung dann ansprechende Steuervorrichtung eingeschaltet ist, wenn der Winkelwert ausserhalb eines Intervalles zwischen einem Bruchteil χ und einem Bruchteil y einer Periode 2 Tliegt, die durch diejenige Dauer bestimmt ist, die die Durchgänge von zwei aufeinanderfolgenden Marken vor dem ersten Detektor trennen.

Mit dieser Steuerung lässt sich erreichen, daß der Nullpunkt jeder der Winkelmessung zugrundeliegenden Phasenmessung verschoben wird, wenn hierzu aufgrund des Vergleiches der gemessenen Werte zurzeit der vorhergehenden Messung ein Grund vorhanden ist. liegt jedodi der gemessene Phasenwert innerhalb eines durch die Bruchteile χ und y gegebenen Intervalles, dann erfolgt keine Verschiebung des Nullpunktes, da dann keine G-efahr besteht, daß die Messung mehrdeutig ist. Selbstverständlich wird diese Verschiebung des Nullpunktes der Phasenmessung in der Auswertung berücksichtigt, so daß am Ausgang des elektronischen Winkelmeßgerätes der Erfindung ein einwandfrei bestimmt definierter Winkelwert erhalten wird.

Bei der Durchführung dieser Messung kann man in einer bevorzugten Ausführungsform folgendermaßen vorgeheni Wenn man T die Dauer nennt, die den Durchgang von zwei aufeinanderfolgenden Marken vor einem festen Referenz-Detektor trennt, (S entspricht einem Winkelmaß von 2T , wenn man bedenkt, daß eine Periode des ausgewerteten Signals einem Intervall zwischen zwei Marken entspricht),

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wird man den Nullpunkt der Zeitmessung um T/2 verschieben, wenn der zuerst gemessene Wert ein nicht zwischen T/4 und 3T/4 liegendes Winkelmaß aufweist. Man wählt aus Gründen der Zweckmäßigkeit hierbei χ = 1/4 und y s 3/4 und kommt somit zu einem Winkelmaß zwischen T/4 und 3T/4, weil sich bei dieser Wahl die Nullpunktverschiebung am besten in der Auswertschaltung rechnerisch

berücksichtigen La*ftt» Man wird im Gegensatz hierzu den Nullpunkt jedoch nicht wechseln, wenn der zuerst gemessene Wert ein Winkelmaß zwischen T/4 und 3T/4 anzeigte Man wird daher einen Wechsel des Nullpunktes nur dann ins Auge fassen, wenn das Ergebnis der ersten Messung zu einem Wert führt, der nicht zwischen einem Bruchteil χ und einem Bruchteil y der Periode T liegt»

Selbstverständlich hat diese Methode der Unterdrückung der Doppeldeutigkeit um den Phasenwert Null herum nicht den Sinn, daß, wenn die Schwankungen der Messung - hervorgerufen besonders durch eine unvollkommene Gravur nicht den Wert T/4 erreichen, ein Viertel des Intervalles zwischen zwei aufeinanderfolgenden Marken sein soll.

Man kann z.B. vorsehen, daß die Verschiebung des Nullpunktes sich dann einstellt, wenn bei Voreilung die erste Winkelmessung einen Wert kleiner als T/4 und - bei Nacheilung - wenn die erste Winkelmessung einen Wert höher als 3T/4 ergibt.

Darüber hinaus kann man vorteilhafterweise diesen Test in der Nähe der Phasenlage 0 oder 2 T bei jeder Messung ausführen, das ist für alle aufeinanderfolgenden Marken. Ss ist dann nötig, die Zahl und den Sinn der verschiedenen Wechsel des Nullpunktes zu beobachten, um sie in der Berechnung des Mittelwertes in der Auswertschaltung

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anzurechnen. Das Interesse an dieser ständigen Nachprüfung macht sich prinzipiell in dem Pail "bemerkbar, v/o man wünscht, eine nicht statische, sondern eine dynamische Messung mit dem elektronischen Winkelmeßgerät durchzuführen, d.i. dann, wenn man will, daß das elektronische- .Winkelmeßgerät eine exakte Anzeige auch dann gibt, wenn der bewegliche Meßdetektor sich während der Messung bewegt. Diese Anordnung nach der Erfindung erlaubt selbst dann eine exakte Messung durchzuführen, wenn der bewegliche Detektor fortfährt, sich nach dem Ende der Grobmessung und während des Restes der Feinmessung fortzubewegen. Man kann daher ein Winkelmeßgerät nach der vorliegenden Erfindung mit sich änderndem Eintrittswinkel realisieren, das seine Anwendung auch dort finden kann, wo z.B. ein Objekt noch während der Winkelmessung zu verfolgen ist.

Um die Verschiebung des Zeitnullpunktes zu realisieren, kann man eine Vorrichtung mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten festen Referenzdetektoren und zwei gleichfalls diametral gegenüberliegend angeordneten, jedoch drehbar um die Achse der Rotation der sich drehenden Scheibe angeordneten Detektoren benutzen, wobei die Verschiebung zwischen einem der Referenzdetektoren und dem einen oder dem anderen der Meßdetektoren festgestellt ist, je nachdem ob man einen Wechsel des Nullpunktes der Zeitmessung durchführt oder nicht. Denn es hat sich in der Tat gezeigt, daß die Vertauschung der diametral gegenüberliegenden Detektoren in Eorm einer Kreuzung ein Äquivalent für einen Wechsel des Zeitnullpunktes der einen Halbperiode des Vorübergehens der gravierten Marken zu bewirken erlaubt, wenn man den Mittelwert der gemessenen Phasenwerte für zwei Paare von Detektoren bildet. Die Vertauschung der diametral gegenüberliegend

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angeordneten Detektoren während der Messung führt somit zu einer Verschiebung des Nullpunktes bei der Phasenmessung.

Fach einem anderen Charakteristikum der Erfindung sieht man vor, daß die Phasenverschiebungen zwischen den von den Detektoren, die das Vorbeiziehen der gravierten Marken feststellen, erhaltenen Signale durch Zählung einer !frequenz eines Zeitmarkengenerators FH zwischen dem Durchgang der einen Marke vor einem Referenzdetektor und dem späteren Durchgang der einen Marke vor einem Meßdetektor gemessen wird, mit der Besonderheit, daß die Frequenz des Zeitmarkengenerators variabel und an die Drehgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe anpaßbar ist, oder präziser ausgedrückt, an den veranschlagten Wert dieser Drehgeschwindigkeit unmittelbar vor der betrachteten Messungο

Das Wesen der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 ein allgemeines Schema der Winkelmeßvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Signale, die von den Paaren von diametral gegenüberliegend angeordneten Leseköpfen produziert sind.

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Schaltung zur Produktion der in Fig. 2 dargestellten Signale.

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Schaltung zur Erzeigung der Zählimpulse des Feinwinkelmaßes zwischen den festen und den beweglichen Meßköpfen.

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Pig. 5 ein Zeitdiagramm der Signale, die zur Herstellung der Zählirnpulseder Feinphasenversehiebung zwischen den Leseköpfen beitragen.

Pig. 6 ein Blockschaltbild der Schaltung zur Steuerung der Zählung und Registrierung des Feinwinkelmaßes "von jedem Durchgang der in einem "beweglichen Kopf erzeugten Marke in einem Speicher.

Die Fig. 1 zeigt allgemein die Winkelmeßvorrichtung nach der Erfindung. Diese umfaßt im wesentlichen eine Scheibe 10, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit co dreht und durch einen Synchronmotor 12 angetrieben ist, der durch Wechselstrom konstanter !Frequenz gespeist ist. Die Scheibe 10 trägt eine doppelte Reihe von radialen Strichmarken. Diese radialen Strichmarken bestehen vorzugsweise aus lichtreflektierendem Material. Sie können z.B. durch Photogravur auf einer Oberfläche gebildet sein, die reflektierend sein kann. Diese radialen Strichmarken oder G-ravuren können durch optische Detektoren abgetastet sein, die im wesentlichen aus einer Vereinigung einer elektroluminiszenten Diode und einer Photodiode bestehen, die einem Lesefenster von genähert der Größe der gravierten Strichmarken gegenüberstehend angeordnet sind. Dieses Fenster ist der Bahn der Rotation der gravierten Strichmarken gegenüberstehend angeordnet: Je nach der Abwesenheit oder der Gegenwart einer reflektierenden gravierten Strichmarke vor dem Fenster kann die Photodiode das Licht, das von der elektroluminiszenten Diode ausgesandt ist, empfangen oder nicht. Solche optischen Leseeinrichtungen sind bekannt und werden daher nicht näher im Detail beschrieben. Für sie ist es wesentlich, daß sie präzise den Durchgang einer

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gravierten Strichmarke ausfindig machen können.

Die sich drehende Scheibe 10 trägt vorzugsweise zwei konzentrische Spuren 14,16. Jede Spur besteht aus der gleichen Zahl 2W von radialen Strichen: Diese Spuren mit 2N gravierten Strichmarken sind periodisch auf eine Umdrehung der Scheibe 10 erteilt» Jede Marke umfaßt zwei aufeinanderfolgende radiale linien und die Periode des Winkelabstandes der Marken ist Ζ'^/Έ. Die Verwendung einer doppelten Linie für jede Marke dient der Erleichterung der Herstellung von Abtastsignalen. Die eine Spur dreht sich gegenüber einem oder mehreren festen Leseköpfen, die andere gegenüber einem oder mehreren beweglichen Leseköpfen. Diese Anordnung ist jedoch nicht zwingend, alle Leseköpfe können gegenüber einer einzigen Spur angeordnet sein. Die Anordnung von zwei Spuren hat aber den Torteil, daß auf einer kompletten Umdrehung von 360° die beweglichen Leseköpfe nicht durch die Gegenwart der festen Leseköpfe auf der gleichen Spur behindert sind.

Man wird vorzugsweise zwei feste Leseköpfe TK) und TJ? auf der Spur 14 und diametral gegenüberliegend zur Achse xy der Drehung der Scheibe 10 anordnen und man wird gleichfalls zwei bewegliche Leseköpfe TMO und TMT diametral einander gegenüberliegend bezüglich der Achse xy und der Spur 16 von gravierten Linien gegenüberliegend anordnen. Die bewegliehen Köpfe sind für ihre Drehung auf einer Welle montiert, die um die gleiche Achse xy der Scheibe 10 drehbar ist. Die verwendete Anordnung von Gruppen von zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Köpfen erlaubt in einem großen Maß Fehler zu eliminieren, die aus einer unvollkommenen Koinzidenz

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tr

der Rotationsachse der Scheibe und der der beweglichen Köpfe herrühren können, sowie auch von Fehlern, die ihre Ursache in den Schwankungen der mittleren Stellung der Achse der Scheibe 10 haben können.

Die festen Leseköpfe sind direkt mit einem elektronischen Meßkreis verbunden, der von einem auf dem Rahmen des Apparates befestigten Gestell getragen ist. Der Rahmen ist symbolisch mit dem Referenzzeichen 18 versehen. Die beweglichen Köpfe sind mit den elektronischen Kreisen des Winkelmeßgerätes durch einen Kollektor 20 mit drehenden Kontakten verbunden.

In einer besonderen Anwendung als Theodolit stellen die festen Leseköpfe eine den einen Schenkel des zu messenden Winkels bildende Bezugsgerade dar, die die beweglichen Leseköpfe tragende Welle ist mit einem Visierfernrohr kraftschlüssig verbunden. Das Maß der Winkelabweichung zwischen den beweglichen und den festen Leseköpfen gibt die Angabe der Lage des anvisierten Punktes an.

Die Messung des Winkels ergibt sich nach einer doppelten Operation, nämlich nach einer Grobmessung (Näherungsmessung), verbunden mit einer Feinmessung. Um die Grobmessung durchzuführen, zählt man die Zahl der gravierten Marken zwischen einem festen Meßkopf und einem beweglichen Meßkopf.

Zu diesem Zweck sieht man vor, daß jede Serie von gravierten radialen Strichen, die in regelmäßigem Winkelabstand auf der Scheibe angeordnet sind, an einer Stelle einen Fehler eines Striches aufweist, das ist sozusagen eine Abwesenheit eines gravierten Striches an einer

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Stelle, wo normalerweise ein Strich existieren würde, wenn die Reihe von Strichen regelmäßig sein würde. Es ist diese Abwesenheit eines Striches, die einen Anhaltspunkt (einen Anhaltspunkt auf jeder Spur, vorzugsweise in der gleichen Winkelstellung) für die Durchführung der genäherten Bestimmung der Winkelspanne zwischen den Detektoren bietet. In der Tat sieht man zur Erleichterung der Peststellung dieser Fehlstelle die Abwesenheit von zwei aufeinanderfolgenden gravierten Strichen vor, das ist sozusagen eine fehlende Periode von den NPerioden gravierter Striche (man erinnere sich, daß jede Marke aus zwei Strichen besteht).

Eine solche Art der Bestimmung des Nullpunktes der Skalenteilungen auf der Scheibe gestattet es, eine zusätzliche Spur mit einer Markierung zum Bestimmen des aufgezeichneten Nullpunktes und zwei zusätzliche Köpfe (einen festen und einen beweglichen) mit den entsprechenden elektronischen Schaltkreisen einzusparen, um eine Grobmessung von diesen Markierungen an durchzuführen.

Die Grobmessung besteht somit aus einer Bestimmung der Anzahl von Markierungen, die vor einem Lesekopf von dem Augenblick an vorbeilaufen, wo eine Markierung (Abwesenheit eines Teilstriches) einer der Spuren vor einem der Köpfe vorbeiläuft und bis zu dem Moment, wo die Markierung (Abwesenheit eines Teilstriches) der anderen Spur vor einem Lesekopf der anderen Spur vorbeiläuft.

Die von den verschiedenen Köpfen ausgesandten elektrischen Signale werden durch die elektrischen Kreise 22,24, 26,28 geformt, die für jeden Kopf einen Verstärker und einen Schmitt-Trigger bilden, um den Signalen eine rechteckige Form mit steilen Anstiegs- und Abfall-Flanken zu

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geben, die mit einer großen Präziäon die Augenblicke des Anfanges und des Endes der Koinzidenz des Torbeilaufens jedes Seilstriehes vor einem Lesekopf festzustellen gestattet.

Mittels eines Schaltkreises 30, der die in den festen Köpfen TPO und TP T ausgesandten Signale empfängt, und mittels eines Schaltkreises 32, der die Signale aus den "beweglichen Köpfen TMO und TMT empfängt, werden rechteckige Signale Ti¹ und TI¹I auf der einen Seite und TM und TM1 auf der anderen Seite erzeugt, mit denen man eine Feinmessung und eine Grobmessung mittels der zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Paare von Leseköpfen erhalten kann.

Das Signal Ti" ist ein rechteckiges Signal, dessen Anstiegsflanken mit den Anstiegsflanken der vom Kopf TK) erzeugten rechteckigen Signale zeitlieh übereinstimmen und dessen Abstiegsflanken mit den Anstiegsflanken der rechteckigen, vom Kopf TFY ausgesandten und geformten Signale zeitlich übereinstimmen. Das Signal Ti" von einer Periode entspricht der Periode der Ablesung von N Marken der Scheibe (2H gravierte Striche, während einer Doppelperiode von diesen in den Köpfen TI¹O und TPiT erzeugten Signalen).

Das Signal TPI ist ein Impuls, der für die Peststellung des Durchganges der durch die Abwesenheit eines Teilstriches auf der gravierten Teilstriehspur gebildeten Marke unter dem Kopf TPO.

Die Pigur 2 zeigt ein Zeitdiagramm, das die ISrzeugung der Signale TP und TP1 von dem Schaltkreis 30 veranschaulicht, der näher im Detail in Pig. 5 dargestellt ist.

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Im Beispiel der Fig. 2 sei vorausgesetzt, daß jede gravierte Teilstrichspur eine Zahl 2Έ = 2000 Stellen für gravierte !Teilstriche enthält, von denen zwei aufeinanderfolgende ausgelassen sind, um eine HuIJ-punktmarkierung zu bilden. Die ausgelassenen Teilstriche sollen die mit 1999 und 2000 numerierten Teilstriche sein.

Wie man in Pig. 2 sieht, stimmen die im Kopf erzeugten Signale nicht exakt mit den im Kopf Ti¹G erzeugten Signalen überein. Das beruht darauf, daß die Köpfe nicht mit absoluter Exaktheit diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Eine geringe Abweichung (weniger als ein Zwischenraum zwischen zwei gravierten Teilstrichen) ist wünschenswertj um Koinzidenzen der Anstiegs- oder Abstiegsflanken der in den beiden Köpfen erzeugten Signale zu vermeiden. Die Abweichung sollte die gleiche für die Köpfe THO und TMT sein.

Auf der Fig. 3, die die Schaltkreise 30 und 32 zur Erzeugung der Signale TF, TF1, TH und TM1 darstellt, sieht man, daß das Signal TK) einem Kippkreis B1 über einen dazwischenge s ehalte ten Unikehrkreis 11 zugeführt ist. Der Kippkreis erhält gleichfalls das Signal TF1T auf einem anderen Eingang derart, daß der Kippkreis ein Signal vom logischen Niveau EIITS von dem Augenblick abgibt, an welchem TF7T auf ETIfS übergeht, während TFO ΪΠΠϊΙι ist. Das erfolgt, wenn die fehlenden Teilstriche sich vor dem Kopf TFO vorbeibewegen. Ein TJUD-Tor 34, das am Eingang das Ausgangssignal von B1 und das Signal TFO erhält, tritt in demjenigen Augenblick in Erscheinung, wenn der erste auf die fehlenden Teilstriche folgende Teilstrich am Lesekopf vorbeigeht ₉ der die Mullmarke

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der Spur 14 bildet.

Die Signale TF sind auf folgende Weise erzeugt: Sine Kippschaltung B2, die als Divisionsschaltung für eine Division durch zwei aufgebaut ist und Signale TFO erhält, erzeugt rechteckige Impulse von der halben Frequenz gegenüber der Frequenz des Durchganges der gravierten Teilstriche, das ist eine Frequenz, die mit der Frequenz des Torbeimarsches der N Marken der Spur 14 übereinstimmt.

Eine Kippschaltung B3 macht das gleiche mit TFT und ein ODER-Tor 36, an das die Ausgänge der Kippschaltung B2 und B5 angeschlossen sind, erzeugt ein Signal TF in Impulsen von der Frequenz des Torbeigehens der gravierten Marken vor den festen Köpfen. In diesen sind die Impulse an ihrem Platz wieder hergestellt oder eine Marke ist weggelöscht.

Mit Ausnahme dieses Platzes haben die Impulse von TF ihre Anstiegsflanke im Augenblick der Anstiegsüanke von TFO und ihre Abstiegsflanke im Augenblick der Abstiegsflanke von TFT . An jedem Impuls TF1, einmal pro Umdrehung, sind die Kippschaltungen B2 und B3 wieder auf EINS und auf NULL gestellt, um stets die gleiche Konfiguration der Signale wieder zu erlangen.

Man erzeugt ein Signal TM und ein Signal TM1 exakt auf die gleiche Weise wie TF und TF1 mittels eine Schaltkreises 32, der identisch mit dem Schaltkreis 30 ist, und erhält die Signale der Köpfe TMO und TM T anstelle der Signale TFO und TFT . Wenn man zur Fig.1 zurückkehrt, dann sieht man, daß die Signale TF1 und TM 1 ( ein Impuls pro Umdrehung der Scheibe für jedes)

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einer Kippschaltung MA zugeführt sind, derart, daß MA auf das logische Niveau EINS durch OJi¹I und das logische Mveau MLL durch TM1 umgeschaltet wird. Die Kippschaltung MA erzeugt daher einen logischen Impuls von der Dauer eines Zeitintervalles, das den Durchgang einer Nullmarke auf der Spur 14 vor einem festen Kopf TPO und und dem Durchgang der Nullmarke auf der Spur 16 vor dem "beweglichen Kopf TMO trennt. Dieser Impuls wird benutzt, um einen Zähler (in einer Rechen- und Steuereinheit 38) zu entarretieren, einen Zähler, der durch Impulse beschickt ist, die im wesentlichen von den Signalen TP und TM produziert sind, in einer Art, die in der folgenden Beschreibung näher erläutert werden wird. Bei dieser Art zählt man während der Dauer der Erzeugung der Impulsfolge durch MA die jEahl der gravierten Marken, die vor den Köpfen TP und TM vorbeilaufen. Das Resultat ist eine G-robmessung des Winkels, der den festen Lesekopf TPO vom beweglichen Lesekopf TMO trennt (die Messung ist die gleiche für den Winkel zwischen TPT und TM7Γ ). Wenn die Zahl der eingravierten Teilstriche 2N-2 auf jeder Spur ist (2N elementare Winkelintervalle und zwei aufeinanderfolgend fehlende Teilstriche) und wenn χ die Zahl der von TM gezählten Impulse ist (TM hat eine Periode, die mit zwei Intervallen zwischen Skalenteilungen übereinstimmt), ist der grobgemessene Winkel 400X/N in Graden ( 2?X/U im Bogenmaß).

Die Grobmessung ist daher durch eine einfache Zählung durchgeführt. Man führt in gleicher Weise eine Peinmessung des Winkelmaßes zwischen den in einem festen Kopf und in einem beweglichen Kopf erzeugten Signalen durch.

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Diese Messung ist in der Tat mittels der Signale TF und TM realisiert. Das zu messende Winkelmaß ist dasjenige, das zwischen den logischen Übergängen von TF und TM "besteht. Dieses Winkelmaß ist für jedes Winkelintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Marken einer gravierten Spur der Winkelmeßvorrichtung gemessen, das ist sozusagen zu jeder Periode des Signales TP. Ein Phasenmesser erhält Rechtecksignale Mi hoher !Frequenz von einem Zeitimpulsgenerator 40, während der Zeitintervalle, die das zu messende Winkelmaß darstellen. Nach einem wesentlichen Oharakteristikum der Erfindung führt man die Messung der Phase und damit des Winkelmaßes unter einem Wechsel des Koordinatennullpunktes durch, wenn das Resultat der vorhergehenden Messung zu nahe an Kuli oder 2If ist, um Schwankungen um Null zu vermeiden, die durch Unregelmäßigkeiten der Gravur verursacht sind, damit nicht ein unzulässiger Fehler "bei der Ermittlung der Messung eintritt, da der Phasenmesser nicht zwischen einem geringfügig negativen Winkelwert und einem Winkelwert nahe 2T unterscheiden kann.

Um einen solchen Wechsel des Nullpunktes als Schutz vor Fluktuationen der Messung zu realisieren, sieht man "bei der Erzeugung der Impulsfolgen zur Messung des Winkelmaßes, während der die Impulse des Zeitmarkengenerators gezählt sind, den Nullpunkt dieser Impulsfolge in Abhängig-keit von der Messung der vorhergehenden Phase vor:

- Die erste Messung der Phase "besteht im wesentlichen aus der Erzeugung einer Folge von Zählimpulsen des Zeitmarkengenerators zwischen den Anstiegsflanken der Signale TF und TM,

- wenn das Resultat der ersten Messung einen Winkelwert zwischen Tf /2 und 3 TT /2 (Bruchteile der Periode der Signale TF und TM) ergibt, sind die Messungen der Phase der folgenden Periode von den Impulsfolgen der Zählung gemacht.

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die in gleicher Weise einem Intervall zwischen den Anstiegsflanken der Signale TF und TM entsprechen,

- wenn, das Resultat der ersten Messung einen Winkelwert zwischen Full und Il /2 ergibt, sind die Zählimpulsfolgen von einem Punkt an erzeugt, der eine halbe Periode in Voreilung vor der .Anstiegsflanke von Ti"¹ und der Anstiegsflanke von TM liegt, so daß das gezählte Winkelmaß der folgenden Periode sich zwischen W/2 und 3 7Γ/2 befindet,

- wenn das Resultat der ersten Messung des Winkelwertes zwischen 3Tf/2 und 2 Ψ liegt, sind die Zählimpulse von einem Punkt an produziert, der in Hacheilung eine halbe Periode auf der Anstiegsflanke von Ti¹ bis zur Anstiegsflanke von TM befindlich ist, so daß sich in der folgenden Periode das Winkelmaß zwischen Tf /2 und 3 T/2 befindet.

In der Praxis wird man, wie man sieht, anstatt den Mullpunkt der Messung exakt um eine halbe Periode zu verschieben, als Ausgangspunkt der folgenden Messung eine Planke des logischen Überganges von Ti¹ von entgegengesetztem Sinn zu dem Übergang, der als Ausgangspunkt der vorhergehenden Messung gedient hat, benutzen. Natürlich ist es nötig, damit die Messung des Winkelmaßes einen Sinn hat, daß man exakt weiß, wie oft man den Mullpunkt der Messung verschoben hat, (und evtl. auch wieviele Male man das gemacht hat, wenn man es mehrmals während einer Umdrehung der Scheibe gemacht hat), um folglich das Resultat des aufgefundenen Mittelwertes der Messung des Phasenmesser korrigieren zu können.

daß

Man benutzt dafür den Umstand,/der Apparat jeweils diametral gegenüberliegend zwei feste Meßköpfe und zwei bewegliche Meßköpfe aufweist (jedoch mit einer geringen Winkelverschiebung, die die gleiche für die festen

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Köpfe und für die "beweglichen Köpfe ist und die dazu bestimmt ist, Koinzidenzen der von TPO und TP1F erzeugten Anstiegsflanken zu vermeiden), und die Tatsache, daß man für die Korrektur der Fehler aus der Exzentrizität der Welle der Drehung für jede Periode des Signales TP den Mittelwert der Messungen der Phasenverschiebung zwischen Ti¹O und IMO einerseits und Ti¹T und TMtT andererseits bildet.

Dieser Mittelwert beträgt:
(TPO. TMP) + (TI¹T

(TPO, TMOjstellt den WinkelZwischenraum zwischen den Anstiegsflanken von TPO und TMO dar. Man wird daher normalerweise das Winkelmaß bzw. die Phasenverschiebung zwischen den Anstiegsflanken der von TPO erzeugten Signale und den von TMO erzeugten Signalen messen, d.h. zwischen den Anstiegsflanken der Signale TP und TM (Pig.2] und man wird diese zusammenzählen, um ihren Mittelwert aus den Phasenverschiebungen zwischen den Anstiegsflanken der von TPT erzeugten und von TMT erzeugten Signale zu bilden, d.h. zwischen den Abfallf1anken der Signale TP und TM. Dies liefert die Messung des mittleren Winkelmaßes, gegeben durch die diametral gegenüberliegenden Köpfe zu jeder Periode von TP«,

Diese Messung ist direkt auf diese Weise zur Zeit der ersten Messung durchgeführt (zwischen den Anstiegsflanken von TP und TM einerseits und zwischen den Abfallflanken von TP und TIi andererseits). Sie vollzieht sich in der gleichen Weise, wenn das gemessene Winkelmaß zwischen einem Yiertel und drei Vierteln der Periode des Signales TP gemessen wird, d.h., daß man nicht Gefahr

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läuft, durch Fluktuationen negativ oder größer als eine Periode zu werden.

Wenn im Gegensatz hierzu das Winkelmaß zwischen Full und einem Viertel der Periode oder zwischen drei Vierteln der Periode und einer Periode liegt, dann kann man das Winkelmaß zwischen den Anstiegsflanken von TFO und TM ff einerseits messen und für die Bildung des Mittelwertes des Winkelmaßes zwischen den Anstiegsflanken von TFT und denen von TMP es hinzufügen. Mit anderen Worten: Man kreuzt die Köpfe und man bemerkt einerseits, daß die erhaltene Kittelwertmessung die gleiche wie die vorhergehende mit einem zusätzlichen Term ist, der sehr exakt gleich einer halben Periode ist, und andererseits, daß die Phasenverschiebungen zwischen den gekreuzten Köpfen zwischen einem Viertel und drei Vierteln der Periode umfasst sind. Dann läuft man nicht mehr Gefahr, durch Fluktuationen zwischen einer Periode und der folgenden von einem positiven Wert zu einem negativen Wert überzugehen und daher die Messung des mittleren Winkelwertes auf einer Umdrehung der Scheibe zu verfälschen.

In der Tat ist der Hittelwert des Winkelmaßes mit den zwei Paaren von gekreuzten Detektoren:

(TK. TMT) + (TFT. TMP) 2

(TK).TMP) + (TMP. TMT ) + (TFT.

(TPP. TMP) + (TFT.ΤΜ7Γ) -κ Τ

Man erhält daher die gleiche Mittäwertmessung des Winkelmaßes von Tf nach einer Kreuzung der Detektoren mit dem

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Vorteil, daß, wenn (TiO, TMT) und (Ti¹ T,TMO) sehr nahe an Hull oder 2 T sind, dann (TiO, TMO) und (Ti¹T, TtIT) es nicht sind und reziprok sind. Das ist also ein Mittel, um die Gefahr von Fehlern zu vermeiden, die von Fluktuationen herrühren. Man kann diese Kreuzung von Detektoren, sei es einmal für alle, nach der Messung ,der ersten Periode von Ti¹ (wenn das Resultat der ersten Messung zeigt, daß es nötig ist), sei es mehrere Male pro Umdrehung der Scheibe durchführen, und zu jeder Periode einen Test "bewirken, der darauf zielt, zu bestimmen, oTd das Resultat der vorhergehenden Messung nahe bei Null oder 2 T ist oder nicht, und "beim Kreuzen und aus der gekreuzten Stellung die Paare von Detektoren zurückstellen jedes Mal, wenn der gemessene Winkelwert im Intervall T /2 und 3 T/2 sein sollte.

Diese Methode erlaubt es, eine exakte Messung unter Berücksichtigung nicht allein, der Phasenfluktuationen aufgrund von Fehlern der Gravur, sondern auch der möglichen Bewegung der beweglichen Detektoren während des "Vorganges der Messung zu erhalten. Es ist daher jetzt möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem einen Gegenstand (z.B. mit einem Fernrohr) verfolgenden System zu verwenden.

Man führt daher die Messung aus durch Bestimmung entweder des Mittelwertes des Winkelmaßes bzw. der Phasenverschiebung zwischen der Anstiegsflanke von TF und der Anstiegsflanke von TM und der Phasenverschiebung zwi- ' sehen der Abfallflanke von TF und der Abfallflanke von OM, d.h.

(TFO.TMP) + (TFTT. TMT) 2

oder des Mittelwertes der Phasenverschiebung zwischen 909817/0872 - 22 -

der Anstiegsflanke von TP -und der Abstiegsflanke von TM und der Phasenverschiebung zwischen der Anstiegsflanke von TP und der Abstiegsflanke von IM, d.h.

. TMT) + TP T.TMP)

2.

Die Wahl zwischen diesen beiden Messungen hängt vom Resultat der vorhergehenden Messung ab.

Man erzeugt dafür ein Signal TI" und ein Signal Ti¹", die von dem Signal TP und den Signalen der Steuerung der Inversion INV1 (für TI") und INV2 (für TI¹") derart abgeleitet sind, daß, wenn das Signal der Inversion Mull ist, TI" und TI¹" sich begnügen, TP und fp" bzw. zu erzeugen ,und daß sie, wenn das Signal der umkehrung EINS ist, TP¹ oder TP" die Anstiegsflanken und die im Vergleich mit TP und TP* inversen Abstiegsflanken darstellen.

Die Steuer- und Recheneinheit 38 (Pig,1) erzeugt daher ein Signal INV1 und ein Signal INV2 nach jeder Phasenmessung. INVt und INV2 gehen nur auf das Niveau EINS über, wenn die vorhergehende Phasenmessung eine Nähe mit der Phase Null oder 2T anzeigt (inder Praxis, wenn die gemessene Phase niedriger als T/2 oder zwischen 3 t/Z und 2T). Die Erscheinung des Signales INV1 auf dem Niveau EINS geschieht ein Viertel der Periode nach dem Anfang der Phasenmessung oder drei Viertel der Periode danach, entsprechend dem Resultat der Messung der Phasenverschiebung.

Das Signal INV2 ist um eine halbe Periode (von TP) nach dem Signal INV1 verschoben. Ein ausschließendes ODER-Tor 42, das am Eingang TP und INV1 erhält, erzeugt TP¹, das entweder mit TP oder mit Tl⁵ gleich ist, je nachdem ob

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ΙΝΥ1 gleich NUll oder EINS ist. Ein ausschließendes ODER-Tor 44, das am Eingang TP und INY2 erhält, erzeugt das Signal TP", das mit TP oder TP übereinstimmend ist, je nachdem, ob INY HUI.! oder EINS ist Zusammenfassend: Der Sinn der Übergänge von T3? und sind invers zu INY1 und INY2.

Aus den Signalen TP¹ und TM erzeugt man in dem Eingangskreis des Hiasenmessers 46 ein Signal VHl, welches aus einer Impulsfolge besteht, die mit den Anstiegsflanken von TP' beginnen und mit den Abfallflanken von TM enden. Ebenso erzeugt man aus TP" und τΤΪ in einem Eintrittskreis des Hiasenmessers 48, der identisch mit dem Schaltkreis 46 ist, ein Signal VH2, welches aus einer Impulsfolge besteht, die mit den Anstiegsflanken von TP" beginnen und mit den Abstiegsflanken von TM enden.

Die Impulsfolgen "VH1 und YH2 dienen zur Abgrenzung der Zeitdauer, während welcher man die Prequenz des Zeitmarkengenerators PH zur Zählung:-gibt, um eine Messung des Winkelmaßes zu bewirken. Der Mittelwert der Impulsfolgen TH1 und VH2, die sich über die Dauer einer: lerio de von TP fortsetzen, ist gleich der mittleren Phasenverschiebung, die auf einem Paar von Köpfen oder einem gekreuzten Paar von Köpfen gemessen ist, in diesem Pail mit einem mit TT übereinstimmenden Korrektur glied,.

Die Schaltkreise 46 und 48 zur Erzeugung von Impulsfolgen 1/H1 und TH2 sind anhand der Pig. 4 beschrieben:, während die Pormen der erhaltenen Signale in Pig>5 dar*- gestellt sind, wo man ein einfaches Beispiel ge-geben in welchem die Zahl Ii der gravierten Marken aus G-ründen der Einfachheit der Darstellung acht beträgt. Die

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Schaltkreise 46 und 48 weisen jeder zwei Kippschaltungen B4 und B5 auf, die am einen Eingang TM (oder TM im Falle des Schaltkreises 48) und am anderen Eingang TF' (oder Ti¹" im Falle des Schaltkreises 48) erhalten. Jeder Schaltkreis ist so aufgebaut, daß er auf die Anstiegsflanken der Signale, die er empfängt, anspricht. Die Anstiegsflanke von TM (oder W) löst das Erscheinen von Impulsfolgen VH1 (oder VH2) auf dem Ausgang der Kippschaltung B4 zur gleichen Zeit aus, in der sie die Kippschaltung B5 sperrt. Das Erscheinen der Anstiegsflanke von TP' (oder TF") am Eingang der Kippschaltung B5 lässt diese umkippen und die Rückstellung der Kippschaltung B4 auf ITULL auslösen, die Impulsfolge VH1 (oder VH2) beenden und die Kippschaltung B5 bei derselben Gelegenheit auf NULL zurückstellen. ·

Die Impulsfolgen VH1 und YH2 öffnen jede ein UND-Tor 50 und 52, die anderswoher die Frequenz des Zeitmarkengenerators FH erhalten. Die Ausgänge der ÜTTD-Tore sind direkt jeder mit dem Eingang eines diesbezüglichen Zählers 54,56, der im wesentlichen aus dem Phasenmesser der Feinmessung besteht, derart verbundm, daß der Winkelwert während der Dauer der Impulsfolgen 7H1 oder 7H2 gezählt wird.

Ausgehend von den Resultaten der Impulszählungen während der Impulsfolgen YH1 und YH2 führt die Steuer- und Recheneinheit 38 die Messung des Mittelwertes der Phasenverschiebungen auf einer Drehung der sich drehenden Scheibe 10 (Feinmessung) mit den Korrekturen aus, die durch Wechsel des Nullpunktes der Phasenlage auferlegt sind, wenn dazu ein Grund vorhanden ist. Die Rechen- und Steuereinheit 38 führt darüberhinaus die G-robmessung der Phasenverschiebung aus, wie sie im vorhergehenden erläutert ist. Die Summe dieser Fein- und Grobmessungen

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ergibt άβη präzisen Wert des zeitlichen Mittels des gesuchten Winkels während der Umdrehung oder den Umdrehungen der sich drehenden Scheibe 10.

Die Schieberegister 58 und 60 mit parallel geschalteten Eingängen und in Serie geschalteten Ausgängen sind zwischen den Zählern 54 und 56 und der Rechen- und Steuereinheit 38 angeordnet. Sie speichern zeitweilig die Zahlen der während jeder Impulsfolge YH1 oder VH2 erhaltenen Impulse und liefern an die Recheneinheit (in Hinsicht auf die Mittelwertbildung) die in jeder Impulsfolge gezählten Zahlen. Die Steuerkreise 62 und 64 sind für ein Auslösen des Überganges des Inhaltes der Schieberegister 58 und 60 in die Recheneinheit sowie auch für ein Auslösen des Überganges des Inhaltes der Zähler 54 und 56 in die Schieberegister 58 und 60 (Signale für den Übergang TR1 und TR2 sind in den Steuerkreisen 62 und 64 gebildet) sowie auch die Rückstellung der Zähler auf Null (Signale RAZ 1 und RAZ2) vorgesehen.

Die Signale TR1 und RAZ1, die durch den Steuerkreis 62 gebildet sind, der VH1 und die frequenz des Zeitmarkengenerators EH erhält, erscheinen nach jedem Impuls von VH1. Die Signale TR2 und RAZ2, die in dem Steuerkreis gebildet sind, .. , der mit YH2 und EH gespeist ist,erscheinen nach jedem Impuls von VH2.

Die Steuerkreise 62 und 64 sind näher anhand der Eig, 6 erläutert. Sie verwenden die frequenz des Zeitmarkengebers EH, die sehr viel größer als die Erequenz der Impulsfolgen YH1 und ΎΆ2 ist, um die Signale TR und RAZ zu bilden, die sich (RAZ-Yorderteil ist später als TR) am Ende von jeder Impulsfolge YH1 oder YH2 fortsetzen. Das ist bewirkt durch einen TierStufenzähler 66, der auf

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Null durch 7H1 (oder 7112 im EaIle des Steuerkreises 64) gehalten ist und der einmal frei geworden durch das Verschwinden von VH1 durch die Irequenz des Zeitmarkengenerators IH dreimal beaufschlagt ist. Die vierte Stufe des Zählers ist durch einen Dekoder 68: .gespeist, der mit diesem Zähler verbunden ist, der die Blockage der Ankunft von ZH dank eines UHD-iores 70 hervorruft, das ITI sowie auch das Komplement des entsprechenden Ausganges des Dekoders am Eingang erhält (der Ausgang, der die vierte Stufe des Zählers ausmacht) .

Die erste und die zweite Beaufschlagung des Zählers 66 rufen nacheinander auf den entsprechenden Ausgängen des Dekoders 68 das Erscheinen der Signale TB.1 und RAZ1 (oder (ER2 und RAZ2) von der Dauer eines Zeitmarkengeneratorimpulses hervor, BR1 erscheint stets vor SAZ1.

Die Rechen- und Steuereinheit 38 ist nicht mehr im Detail beschrieben. Sie besteht aus einer Additionsvorrichtung zur Bildung der Summen ¥1 und ¥2 der Zahlen, die während der Impulsfolgen 7H1 und TH2 bei einer vollständigen Umdrehung oder mehreren Umdrehungen der Scheibe 10 gezählt wurden. Sie besteht darüber hinaus für die Berechnung der G-robmessung des Winkels aus einem Register zur Zählung der Zahl X, die die Zahl der Impulse VH1 darstellt, die zwischen den Signalen Ti¹I und EM1 erscheinen, das ist während das Signal des Ausganges der Kippschaltung MA (Eig.1) EIKS ist.

In der Praxis ist das Register der Zahl X durch das Signal TR1 vermehrt, solange JIA. = 1 ist. Das Signal TR1 wird unmittelbar nach jeder Impulsfolge VH1 erzeugt. Die Zahl X ist immer gleich der Zahl der Impulse von

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TM, die zwischen dem Durchgang des Signales des Nullpunktes TSI vor dem festen Kopf TFO und dem Signal des Nullpunktes TM1 vor dem beweglichen Kopf TMO erscheinen, da ja das Ende jeder Impulsfolge TM mit dem Ende jeder Impulsfolge von VH1 übereinstimmt.

Die Rechen- und Steuereinheit 38 umfasst überdies andere Register, die der Zählung von Zahlen des Wechsels des Nullpunktes der Phase während der Feinmessung dienen, um deren Mittelwert in geeigneter Weise zu korrigieren. Ein Register einer Zahl Q1, die durch die Erscheinung von jedem Signal TR1 (am Ende der Zählimpulsfolge TO1) bestimmt ist, ist für das Zählen der Zahl der Feinmessungen des Winkelmaßes, die durch TOI bewirkt ist, während einer kompletten Umdrehung der Scheibe (zwischen zwei Signalen TF1) vorgesehen.

Ebenso zählt ein anderes Register die Zahl Q2 der von "VH2 an bewirkten Feinmessungen. Diese Zahlen Q1 und Q2 dienen zur Bildung des Mittelwertes der Feinmessungen auf einer Umdrehung: Wenn W1 und W2 die Winkelmaße sind, die durch die Recheneinheit zu addieren sind, wird der Mittelwert sein:

1 /WI . W2

Q1 und Q2 sind nicht zwangsläufig gleich N, wenn die beweglichen Köpfe sich während der Messung bewegen.

Die Register sind gleicherweise für die Registrierung der Anzahl von Malen vorgesehen, an denen die Impulsfolgen VH1 von einem Nullpunkt mit Voreilung der Phase von T auf den Anstiegsflanken von TF gebildet sind,und die entsprechende Zahl für die Impulsfolge YH2. Zu diesem Zweck nimmt man gleich anfangs in einem Register die Zahl Y1 auf, die von

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Null bei Beginn der Messung, das ist von der Erscheinung von TP1 um EINS vermehrt ist, wenn die Dauer der Impulsfolge VH1 weniger als ein Viertel der Periode von TP abweicht und um EINS vermindert ist, wenn die Dauer von VH1 mehr als drei Viertel der Periode abweicht. Die gleiche Anordnung ist für Y2 in Wirkung während der D„uer von VH2. Die Vergleichsschaltungen, die in Reihe

mit den Ausgängen der Register 58 und 60 geschaltet sind, sind in der Steuereinheit für die Durchführung von Tests auf die Dauer der Impulsfolgen und die Formgebung der Impulse, die Vermehrung oder Verminderung vorgesehen (diese Vergleichsschaltungen dienen darüber hinaus zur Bildung von Signalen der Steuerung der Umkehr der Phase INV1 und INV2).

Die Zahl Y1 ist einem Register Z1 zugefügt, das die Verte von Y1 am Anfang jeder Impulsfolge von VH1 sammelt. Das gleiche gilt für Z2 derart, daß am Ende einer Umdrehung der Scheibe Z1 und Z2 Zahlen darstellen, von denen man nach der weiter unten angegebenen Pormel eine Korrektur machen kann, die die verschiedenen ¥echsel des Phasennullpunktes (vor oder nach 1Γ ) in Rechnung nimmt.

Die Gesamtheit der in den diversen Registern der Rechen- und Steuereinheit 38 registrierten Zahlen ist benutzt, um schließlich das präzise Ergebnis einer Drehwinkelmessung zwischen dem festen lesekopf TEO und dem beweglichen Lesekopf TMO zu erbringen. Die Gesamtmessung besteht aus einer Grobmessung, vermehrt um eine Peinmessung. Man kann sie folgendermaßen zum Ausdruck bringen:

* (Winkelgrade) = 1ψ-

ν.

100

Peinmessung

2x10² / Ζ1 . Ζ2 ϊ . 400 X

Korrektur der Grobmessung Nullpunktwechsel

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2N: Zahl der gravierten Teilstriche W : Winkelgeschwindigkeit der sich drehenden Scheibe

in Radianten pro Sekunde
FH: Frequenz des Zeitmarkengebers Der Meßwert <Λ ist verwendet in oder aufgezeichnet auf einer Torrichtung 70.

Die benutzte Formel enthält die Wechsel des Phasennullpunktes in dem einen oder dem anderen Sinn. Sie gestattet es, eine exakte Globalmessung zu erhalten, wenn der Winkel des Eingangs der Torrichtung um mehrere Grad zwischen dem Augenblick der Datenerfassung von X und dem Rest der Umdrehung der sich drehenden Scheibe sich ändert.

Die Tergleichsschaltungen, die dazu dienen die Signale ΙΪΠΓ1 und INT2 zu erzeugen, sowie auch die Zähler Y1, Y2, Z1,Z2 zu beschicken, können derart eingerichtet sein, daß sie durch die Signale TR1 und TR2 aktiv sind, die nach jeder Impulsfolge TH1 oder TH2 produziert sind. Man kann z.B. ein Signal der Abänderung des Inversionssignales erzeugen, wenn zurzeit der Erscheinung des Signales TR1 der Inhalt der Zähler 54,56 niedriger als T/4 ist, entweder vom Augenblick oder Inhalt des Zählers ober T/4.

Die gewählten Werte für die Parameter des Gerätes hängen von der Type des Gerätes ab, das man realisieren will; Ein langsames oder schnelles Gerät. Für ein langsames Gerät kann man eine relativ begrenzte Drehgeschwindigkeit der Scheibe nehmen, z.B. 2,5 Umdrehungen pro Sekunde mit 2000 eingravierten Teilstrichen (zwei Mittel für die Verschiebung des Ursprunges) und einer Frequenz des Zeitmarkengenerators von 1MHz. Aber

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man kann darüber hinaus die Geschwindigkeit der sich drehenden Scheibe erheblich, z.B. auf 100 Umdrehungen/ see. erhöhen, unter der Bedingung, daß man eine ausreichend erhöhte Frequenz des Zeitmarkengenerators von z.B. 10 MHz anwendet. Der Torteil ist, daß das Gerät selbst dann funktioniert, wenn der Eintrittswinkel des Gerätes (Winkender Welle, die die beweglichen Detektoren trägt), sich stark während der Messung ändert. In der Tat macht es das angewandte Prinzip möglich, daß die Messung selbst dann präzise ist, wenn der Eintrittswinkel eine Geschwindigkeit der Änderung bis praktisch zu einem Viertel der Drehgeschwindigkeit der Scheibe aufweist. Darüber hinaus ist es nötig zu bemerken, daß Fehler, die durch eine Winkelbeschleunigung der Eintrittswelle des Gerätes auftreten, stark reduziert sind bei einem Gerät, das schnell dreht, denn sie sind umgekehrt proportional dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit der drehenden Scheibe.

Mach einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung s^iht man vor, daß die Frequenz IH des Zählimpulsgenerators an die Drehgeschwindigkeit der drehenden Scheibe angepasst ist, damit die Messung des Winkelwertes durch Zählung der Impulse des Zeitmarkengenerators mit guter Effektivität eine Messung der Phase und nicht allein eine Messung der Dauer ist. In der Tat, wenn für eine konstante Frequenz des Zählimpulsgenerators die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe variiert, wird das Resultat der Zählung nicht repräsentativ für eine richtige Phasenmessung sein und es wird im allgemeinen ein größerer Fehler in Erscheinung treten als derjenige, der durch Unregelmäßigkeiten der Gravur eintritt.

Daher sieht man einen durch eine Spannung in seiner Frequenz gesteuerten Oszillator 40 vor, um die

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des Zeitmarkengenerators PH zu erzeugen. Die !Frequenz des Zeitmarkengenerators FH ist der Periode von TP abhängig untergeordnet, das ist praktisch der Geschwindigkeit der Rotation der Scheibe, abgesehen von Fehlern durch die Gravur.

Ein Zähler 72 empfängt die Frequenz des Zeitmarkengenerators und zählt die Zahl der während einer Periode von TP erhaltenen Impulse. Der Ausgang des Zählers ist mit einem Speicher 74 verbunden, der das Signal TF als Steuersignal für die Aufspeicherung des Inhaltes des Speichers empfängt. Der Ausgang des Speichers ist mit einem Digital-Analog-Umwandler 76 verbunden, der eine Steuerspannung von variabler Irequenz für den Oszillator 40 erzeugt. Die Ansprechzeit dieser Steuervorrichtung ist sehr kurz und die Messung der Phase ist. daher zu jeder Periode von TP von der Drehgeschwindigkeit der Scheibe, die in dieser Periode gemessen ist, durchgeführt, was praktisch jeden Pehler von Pluktuationen dieser Geschwindigkeit ausschaltet, so daß man die vernünftige Hypothese aufstellen darf, daß diese Fluktuationen von einer Strichmarke zur nächsten auf der gravierten Scheibe .vernachlässigbar sind.

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Claims

Patentansprüche :

I£Lektronisches Winkelmeßgerät mit einer sich drehenden Scheibe, die in konzentrischer Spur Reihen von radialen, in regelmäßigen Winkelabständen angeordneten Marken trägt, mit Detektoren vor den Reihen von Marken auf der Seheibenoberflache, und zwar fest vor der sich drehenden. Scheibe angeordneten Detektoren zur Festlegung eines festen Schenkels des zu messenden ¥inkels und um die Achse der sich drehenden Scheibe verschwenkbaren Detektoren, durch deren Verschwenkstellung die Richtung des anderen Schenkels des zu vermessenden Winkels gegeben ist, und mit einer elektronischen Auswertvorrichtung für aus den Detektoren empfangene, beim Durchgang der Marken vor den Detektoren auftretende Signale, bestehend aus einem Zeitmarkengenerator, einem Zähler, Torschaltungen und einem Phasenanalysator,
dadurch gekennzeichnet,

daß für eine der Winkelfeinmessung dienende Phasenmeßvorrichtung eine Schaltanordnung zur Verschiebung des Hullpunktes der der Fernmessung zugrundeliegenden Phasenmessung vorgesehen ist, die durch eine aufgrund einer ersten Phasenmessung dann ansprechende Steuervorrichtung eingeschaltet ist, wenn der Winkelwert ausserhalb eines Intervalles zwischen einem Bruchteil (x) und einem Bruchteil (y) einer PerMe (2 Tf ) liegt, die durch diejenige Dauer bestimmt ist, die die Durchgänge von zwei aufeinanderfolgenden Marken vor dem ersten Detektor trennen.
2. ¥inkelmeßgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Bruchteil χ gleich ein Viertel und der Bruchteil j gleich drei Viertel ist.

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3. Winkelmeßgerät nach Anspruch 1 und 2, gekennz ei chnet

durch eine Schaltanordnung zur wiederholten Verschiebung des Nullpunktes der Phasenmessung.
4. Winkelmeßgerät nach Ansprüchen 1 bis 3, gekennzei chnet

durch eine Schaltanordnung mit voreilender Verstellung des Hullpunktes der Phasenmessung um ein halbes Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Marken, wenn die vorhergehende Messung der Dauer einen niedrigeren Wert als de» Bruchteil (x) ergeben hat und mit einem Nachstellung des Zeitnullpunktes um ein halbes Intervall, wenn die vorhergehende Messung einen höheren Wert als den Bruchteil (τ) ergeben hat.
5. Winkelmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei diametral zueinander in Bezug auf die Drehachse der Scheibe gegenüberliegend angeordnete Hefer enzdetektor en und zv/ei diametral zueinander in Bezug zur Drehachse der Scheibe gegenüberliegend angeordnete Keßdetektoren vorgesehen sind, daß Schaltungen für die Feststellung der Dauer bzw. des Winkelwertes durch Mittelwertbildungen des Wertes der Abweichungen zwischen einerseits einem Meßdetektor und einem gewählten Referenzdetektor und andererseits zva.seh.en dem anderen Meßdetektor und dem anderen Referenzdetefcfcor vorgesehen sind und daß eine Schaltung ^ür ein Vertauschen der von den Detektoren empfangenen Signale nach einem Wert der bestimmten Zeitdauer während der vorhergehenden Messung derart vorgesehen ist, daß der Kittelwert

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der Werte der Abweichung zwischen don Referenzdetektoren tmti den neßdetektoren nach einer Kreuzung berechnet wird.
6. Winkelraeßgerät nach Einspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß eine Schaltanordnung für die Mittelwertbildung der gemessenen Werte für die aufeinanderfolgenden Durchgänge der Marken vorgesehen ist, daß eine Schaltung für die Registrierung der Zahl der Haie, an denen die Detektoren in gekreuzter Stellung in wiedei:* zurückgestellter Stellring tätig gewesen sind

und daß eine Schaltanordnung für das Einführen einer Eorrekturfunktion in diese Zahl bei der Messung der Mittelwerte vorgesehen ist.
7. Winkelmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Vergleichsschaltung für einen Vergleich des Wartes des gemessenen Winkelmaßes der Bruchteile (x,y) der Periode des Vorbeiziehens der Marken der sich drehenden Scheibe und eine Schaltung für die Umkehrung der von den festen Detektoren erhaltenen Signalls vorgesehen ist, wenn die Vergleichsschaltung anzeigt, daß der Winkelwert nicht innerhalb der Bruchteile (x,y) ist.
8. Winkelmeßgerät nach einme der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet

durch eine Schaltung zur Messung der Winkelabweichung zwischen den festen Detektoren und den beweglichen Detektoren durch Zählung von Impulsen eines Zeitmarkengenerators hoher Frequenz, wobei die Impulse zwischen den Anstiegsflanken von Signalen aus den Detektoren erzeugt sind.

803817/OS??

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9, V/inkelmeßgerät nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet,

daß die i^equenz des Zeitmarkengenerators abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der drehenden Scheit» (10) ist.
10. Vß.nkelmeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß ein frequenzgesteuerter Oszillator für die Erzeugung der frequenz des Zeitmarkengenerators vorgesehen ist sowie ein Zähler, der die Ixequenz des Zeitmarkengenerators während einer Zeitspanne erhält, die einem Intervall zwischen Durchgängen von zv/ei Harken vor einem festen Detektor entspricht und der einen Digital-Analog-Umsetzer aufweist, mit dem der Oszillator für die Steuerung der ITrequenz verbunden ist in Abhängigkeit des Resultates der Zählung am Ende eines jeden Intervalles zwischen dem Durchgang von zwei mrken vor dem einen Detektor.