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Die Erfindung bezieht sich auf Steuer- oder Signalsysteme und
Steuer- oder Signalvorrichtungen hierfür.
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Ein Steuersystem weist grundsätzlich eine Steuervorrichtung
(z.B. einen Schalter) auf, die mittels einer Schaltung mit dem
zu steuernden Gerät verbunden ist.
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In einfachen Systemen ist jede Steuervorrichtung direkt mit
dem von ihr gesteuerten Gerät verbunden, und dies erfordert
ein allgemein unabhängiges System für jeden Teil des zu
steuernden Gerätes.
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In einem komplizierteren elektronischen System, das verschiedene
unabhängige Systeme ersetzt, sind die Steuervorrichtungen an die
jeweiligen Teile des zu steuernden Gerätes über einen
Prozeßcomputer angeschlossen. Demgemäß wird die von jeder
Steuervorrichtung herrührende Information für das System als Ganzes
verfügbar. Außerdem können in diesem Falle die verschiedenen
Steuervorrichtungen einen Anteil einer gemeinsamen Schaltung
bilden. Hierdurch wird physikalisch der Anteil der Verdrahtung
vermindert. Es ist jedoch erforderlich, daß jede
Steuervorrichtung ihren eigenen charakteristischen Signalcode besitzt.
Infolgedessen muß eine Decodieranordnung vorhanden sein, um
die Steuersignale richtig zu leiten.
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Diese elektronischen Steuersysteme haben gravierende Nachteile
insofern als sie Rundfunkfrequenz-Emissionen verursachen, die
im Kriegsfalle eine genügende Größe haben, um die Aufmerksamkeit
eines Feindes auf sich zu ziehen, der dann elektronische
Gegenmaßnahmen ergreifen oder Waffen gegen das betreffende Fahrzeug
abschießen kann. Im letzteren Fall können die Emissionen
genügend groß sein um einen Zielanflug für ein Waffenleitsystem
zu bewirken. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß selbst in
einer friedlichen Umgebung von Radar- oder Radiostationen
herrührende Sendungen hoher Energie Störungen verursachen
können, die die richtige Funktion eines solchen Steuersystems
beeinträchtigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem zu
schaffen, welches nicht nur keine Radiofrequenzen abstrahlt,
sondern auch gegenüber äußeren Störungen nicht anfällig ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin ein Steuersystem
zu schaffen, welches leicht im Hinblick auf Änderungen anpaßbar
ist, so daß Änderungen billig und schnell durchgeführt werden
können, um eine Anpassung an neue Erfordernisse zu bewirken.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem
zu schaffen, welches robust und einfach ist, nur wenige bewegte
Teile aufweist und von Gewicht genügend leicht ist, damit es in
einem Flugzeug mitgeführt werden kann.
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Die Erfindung benutzt eine oder mehrere Steuervorrichtungen,
beispielsweise Druckknöpfe, Drehschalter oder Kippschalter und
diesen zugeordnete Schaltungen, wobei die Schaltung
Lichtleiteinrichtungen mit Licht emittierenden Vorrichtungen und
Lichtempfänger aufweist und die Steuervorrichtung ein bewegliches
Element mit einer Modulationseinrichtung aufweist, die dem
beweglichen Element so zugeordnet ist, um das zwischen dem
Lichtemitter und dem Lichtempfänger übertragene Licht gemäß der
Bewegung des beweglichen Elementes zu ändern. Eine solche
Steuervorrichtung ist in der DE-A1-3 417 997 und der EP-A-0 114
197 beschrieben.
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Wenn mehrere Steuervorrichtungen vorhanden sind ist vorzugsweise
jede Modulationseinrichtung hiervon mit Codierungsmitteln
versehen, um jede Steuervorrichtung mit ihrem eigenen Signalcode
zu versorgen. In diesem Falle kann die Lichtleitvorrichtung
einen einzelnen Eingangslichtleiter mit Lichtabzweigmitteln
aufweisen, um einen Teil des Lichtes darin einem Lichtemitter eines
Steuerorgans zum Zwecke der Codierung zuzuführen, während der
Rest nach einer weiteren Abzweigeinrichtung geliefert wird und
ein einziger Ausgangslichtleiter Lichtkombinationsmittel
aufweist, um die modulierten Ausgänge in den einzigen
Ausgangslichtleiter hinein zu kombinieren. Eine solche Anordnung ist
allgemein in dem IBM technical disclosure bulletin Vol. 17,
Nr. 3, August 1974, Seite 822-823 beschrieben.
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Gemäß der Erfindung werden bei einem Steuersystem der oben
beschriebenen Bauart die Lichtabzugsmittel und die
Lichtkombinationsmittel zusammen mit den Ausgangs- und
Eingangslichtleitern von einem festen Bauteil einer Schalttafel getragen,
während die Steuervorrichtung von einem zurückbeweglichen
Überbrückungsglied der Schalttafel getragen wird, das im Gebrauch
eine Brücke bildet und einen optischen Pfad zwischen dem
Eingangslichtleiter und dem Ausgangslichtleiter herstellt. In
diesem Fall ist das zurückbewegliche Glied mit
Lichtaufnahmemitteln versehen, die Licht aufnehmen, welches durch die
Abzweigvorrichtung geliefert wird, wobei Lichtprojektionsmittel
vorgesehen sind, um Licht in die Lichtkombinationseinrichtung
gelangen zu lassen.
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Einige Merkmale der Erfindung werden nachstehend beispielsweise
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 einen Schalter mit linearer Bewegung;
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Fig. 2 einen Drehschalter;
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Fig. 3 einen Kippschalter;
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Fig. 4 ein Diagramm eines typischen Barcodes;
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Fig. 5 eine Grundrißansicht einer Steuertafel;
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Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI gemäß Fig. 5;
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teils der
Steuertafel nach Fig. 5 und 6;
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Fig. 8 eine schematische Grundrißansicht jenes Teils
gemäß Fig.5, der innerhalb des Kästchens VIII
angegeben ist, wobei eine Lichtverteileranordnung
dargestellt ist;
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Fig. 9 eine weitere schematische Grundrißansicht jenes Teils
gemäß Fig. 5, der mit dem Kästchen VIII gekennzeichnet
ist, wobei eine abgewandelte Lichtverteilungsanordnung
vorgesehen ist;
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Fig. 10 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles X gemäß
Fig. 9.
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In Figur 1 ist eine Steuervorrichtung in Form eines Schalters
1 mit linearer Bewegung dargestellt, der in einer Schalttafel
2 montiert ist. Im wesentlichen besteht der Schalter aus einem
Druckknopf 3, der eine Welle 4 aufweist, welche hinter der
Schalttafel verläuft. Eine Rückzugsfeder ist bei 5 dargestellt.
Der Druckknopf 3 und die Welle 4 bilden das bewegliche Element
des Schalters.
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Hinter der Schalttafel ist eine Schaltung vorgesehen, durch die
eine Information des Schalters dem Gerät zugeführt wird, das von
dem Schalter über einen Prozeß-Computer gesteuert werden soll.
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Die Schaltung weist einen Lichtleiter 6 auf (d.h. ein optisches
Faserkabel), der von einer Lichtquelle in noch zu beschreibender
Weise gespeist wird. Der Lichtleiter 6 endet in einer einzelnen
Kollimator-Linse 7 und ist so gegenüber der Welle 4 angeordnet,
daß parallelisiertes Licht auf die Welle gerichtet wird. Die
Schaltung weist außerdem auf der gegenüberliegenden Seite der
Welle einen Lichtleiter 8 auf, der eine Kollimator-Linse 9
trägt. Dieser Lichtleiter führt nach einem Prozeß-Computer
in der beschriebenen Weise. Die Welle besteht aus transparentem
Material, z.B. Acrylharz oder ähnlichem Plastikmaterial, so daß
das Licht, welches durch die Linse 7 projiziert wird, durch die
Welle hindurchtritt und von der Linse 9 erfaßt und in den
Lichtleiter
8 eingeführt wird.
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Um ein Signal zu liefern, das auf die Bewegung des beweglichen
Elementes des Schalters (d.h. auf die Steuervorrichtung) bezogen
ist, trägt die Welle 4 Modulationsmittel in Form einer oder
mehrerer opaker Bereiche 10, die den Lichtdurchtritt
unterbrechen. Außerdem sind die opaken Bereiche in einem speziellen
Muster angeordnet, um jeden Schalter mit seinem eigenen
charakteristischen Signalcode zu versehen. Dies kann beispielsweise
ein Barcode der Art sein, wie sie in Büchereien und
Supermärkten benutzt werden, um die Lagerbestände zu kontrollieren. Eine
typische Anordnung wird später unter Bezugnahme auf Figur 4
beschrieben.
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Ein solcher Barcode, der den Modulator bildet, erfordert
naturgemäß eine Decodierungseinrichtung im Prozeß-Computer, aber
solche Einrichtungen sind allgemein bekannt.
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Der Schalter gemäß Fig. 1 ist ein Tastschalter. Dieser kann mit
einer Druckknopfverriegelung versehen sein (d.h. wenn der
Tastschalter gedrückt ist, bleibt er niedergedrückt bis er
freigegeben wird), und dies kann durch einen zusätzlichen nicht
dargestellten Mechanismus geschehen, der physikalisch eine Sperre
erzeugt oder vorzugsweise durch einen Signalcode, der durch den
Barcode geliefert wird und von einer Decodierungsanordnung als
permanentes Signal aufgenommen wird, bis dieses durch eine
weitere Bewegung des Schalters gelöscht wird.
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In Figur 2 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Steuervorrichtung 1 ist hier als Drehschalter
ausgebildet, der eine rotierende Welle 11 besitzt, welche eine
Trommel 12 trägt, die gegenüber den Kollimatorlinsen 7 und 9
so angeordnet ist, daß Licht, welches aus der einen austritt,
vom Trommelumfang auf die andere Linse reflektiert wird. Auf
dem Umfang der Trommel ist ein Barcode 10 angeordnet, um eine
Modulation des Lichtes, wie oben beschrieben, herbeizuführen.
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Figur 3 veranschaulicht eine Steuervorrichtung 1 in Form eines
Kippschalters. Ein Schalthebel 13 ist um eine Querachse 14
verschwenkbar und trägt ein Segment oder eine Fahne 15, auf
dessen Umfangsabschnitt ein Barcode 10 aufgetragen ist, um
eine Lichtmodulation des Lichtes herbeizuführen, das aus der
Linse 7 austritt und in die Linse 9 reflektiert wird.
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In jedem Fall kann der Lichtleiter 6 sowohl moduliertes als
nichtmoduliertes Licht führen. In Fig. 1 kann der Lichtleiter
8 mit Kombinationsmitteln versehen sein, um ihn an den
Lichtleiter 6 anzuschließen. Stattdessen kann die Welle reflektierend
und gemäß Fig. 2 und 3 ausgebildet sein, so daß nur der
Lichtleiter 6 und die Linse 7 erforderlich sind. Die letztgenannte
Anordnung mit kombinierten Lichtleitern 6 und 8 kann auch für
die Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und 3 angewandt werden.
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Nunmehr wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Derartige Barcodes sind
in Supermärkten und Büchereien üblich wo sie benutzt werden, um
Produkte zu kennzeichnen. Ein Lichtgriffel wird manuell über das
Muster von Zwischenräumen und Balken bei der Abtastung geführt
und die Daten werden in einen Computer eingegeben. Das Muster
von Zwischenräumen und Balken liefert gewöhnlich einen
numerischen Code, der unten aufgedruckt ist und eine bestimmte Form
der Verbindung zwischen dem Balkenmuster und der zu druckenden
Zahl herstellt. Eine Überprüfung durch den Benutzer zeigt, daß
die Balken unregelmäßig im Abstand zueinander liegen.
Tatsächlich kann die Information in Ausdrücken unterschiedlicher
Balkenbreite und unterschiedlichen Abstands und so weiter codiert
sein. Tatsächlich gibt es zahlreiche verschiedene Normen für
Barcodes. Allen Systemen ist jedoch eines gemeinsam und diese
Gemeinsamkeit liegt darin, daß Balken von Zwischenräumen
unterschieden werden, wenn mit dem Lichtgriffel das Balkenmuster
abgetastet wird.
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Barcodes sind primär für Handbetrieb entwickelt worden und
deshalb wurde wegen der unterschiedlichen Abtastzeiten
besonderer Wert darauf gelegt, daß die Decodierung der Signale vom
Lichtgriffel unterschiedliche Handführungsgeschwindigkeiten
zuläßt. Um zu verstehen, wie Barcodes arbeiten, wird ein
einfacher
Code als Beispiel benutzt.
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Die einfachste Variation ist der Barcode '2 aus 5'. Dieser Code
benutzt 5 Balken, um eine einzige Ziffer zu repräsentieren. Zwei
von den 5 Balken sind breiter als die anderen drei und daher
rührt der Name des Codes her. Der vollständige Code ist in
Fig. 4 dargestellt. Die schmalen Balken stehen für 'Nullen' und
die (dreimal) breiteren Balken repräsentieren die 'Einser'.
Ablesefehler werden auf dreierlei Weise vermieden. Zunächst
müssen genau zwei von jeweils 5 Balken breiter sein. Ist dies
nicht der Fall, wird die Ablesung stillgesetzt. Die zweite
Überprüfung betrifft die Zahl von Balken; zwischen dem Start und
dem Endzeichen müssen die aus 5 Balken bestehenden Muster in
einer bestimmten Anzahl wiederkehren und so muß die Gesamtzahl
von Balken ein Vielfaches von fünf sein. Die Start- und
Stopzeichen ermöglichen es dem Computer zu bestimmen, in welcher
Richtung die Daten abzulesen sind. Die dritte Überprüfung
hinsichtlich eines Fehlers umfaßt eine einfache Addition aller
Ziffern, wonach die letzte Ziffer der Summe hinter den
kennzeichnenden Ziffern folgt (d.h. vor dem Stopzeichen). Dies
ist in Fig. 4 wie folgt dargestellt:
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2 + 2 + 1 + 4 = 9
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Wenn die ersten zwei Nullen eine acht und eine zwei wären, würde
dies das gleiche Ergebnis liefern:
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8 + 2 + 2 + 1 + 4 = 19,
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da nur die 9 hinzugefügt wird.
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Ein Barcodeleser muß unabhängig von der Ablesegeschwindigkeit
und vom Ablesewinkel des Lichtgriffels sein, und deshalb
besitzen einige Codes Fehler-Berichtigungscodes, die eingebaut
sind. Wenn der Winkel des Lichtgriffels konstant ist, dann
können weniger komplizierte Barcodes benutzt werden, weil die
Fehler leichter eliminiert werden können.
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In bezug auf die letzteren Ausführungen kann gezeigt werden,
daß Fehler, die durch die Betätigung des Griffels durch Hand
verursacht werden, durch die Benutzung von festen Winkeln
zwischen den Linsen 7 und 9 und dem Modulator ausgemerzt werden
können.
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Es hat wenig Sinn, eine Bar-Codierung oder irgendeine Form einer
Codierung für diesen Zweck vorzusehen, wenn jede
Steuervorrichtung individuelle Lichtleiter von einer Quelle nach dem zu
steuernden Gerät oder nach dem Steuercomputer erfordert.
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Die Figuren 5, 6 und 7 veranschaulichen eine Anordnung, wo ein
Lichtleiter 20 mit einem einzigen Eingang und ein einziger
Ausgangslichtleiter 21 vorgesehen sind (nach Art paralleler
Sammelschienen in der Elektrotechnik), um Schaltungen für mehrere
Steuervorrichtungen zu liefern.
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Diese Anordnung ermöglicht die Benutzung leicht entnehmbarer
und ersetzbarer Schalttafeln, was zu einer schnellen
Austauschbarkeit führt.
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Eine Schalttafel besteht aus zwei Teilen, einem festen Teil 23,
der einen Teil der Steuerstation bildet und einem abnehmbaren
Teil 24. Der feste Teil 23 bildet normalerweise die Rückseite,
während der abnehmbare Teil die Vorderseite der Schalttafel
bildet und die Steuervorrichtungen 1 trägt. Der feste Teil trägt
die Eingangs- und Ausgangslichtleiter 20 bzw. 21 und sie trägt
außerdem in regelmäßigen Abständen längs der Lichtleiter
Lichtkopplungsinterfaceanordnungen 25. Die Interfaceanordnungen 25
am Eingangslichtleiter 20 werden von Strahlabzweigvorrichtungen
26 gebildet, die z.B. 95% des Lichtes längs des Lichtleiters 20
führen, aber beispielsweise 5% abführen zur Benutzung durch eine
individuelle Steuervorrichtung 1. Der abgezweigte Teil, der als
Strahl bei 20a in Figur 7 dargestellt ist, verläuft von dem
festen Teil 23 nach dem abnehmbaren Teil 24 der Schalttafel, wo
eine Sammlung durch ein Prisma 27 stattfindet, um den Strahls
nach einer speziellen Steuervorrichtung 1 längs des mit 6 in den
früheren Figuren bezeichneten Lichtleiters zu richten. Das
darauf folgend in jenem Lichtleiter 8 empfangene, modulierte
Licht wird in den Ausgangslichtleiter 21 durch eine ähnliche
Prismenanordnung 28 gerichtet, die den modulierten Strahl in
eine Kombinationseinrichtung 29 projiziert (die wiederum einen
Teil der Reihen von Lichtkoppelinterface-Einrichtungen 25
bildet). Figur 8 veranschaulicht die Benutzung diskreter
Lichtleiter. Wie ersichtlich, sind drei Steuervorrichtungen 1',
1'' und 1''' dargestellt. Die mit 1' und 1''' bezeichneten
Steuervorrichtungen sind als Drehschalter wie in Fig. 2
dargestellt, ausgebildet, während die Steuervorrichtung 1'' mit
linearer Bewegung eines Druckknopfes arbeitet, wie in Fig. 1
dargestellt. Die Lichtleiter 6', 6'' und 6''' liefern den
entsprechenden Schaltern Licht, während die Lichtleiter 8', 8''
und 8''' moduliertes Licht von den entsprechenden Schaltern
abziehen.
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Wie oben erwähnt, fehlen die Lichtleiter 8', 8'' und 8''' wenn
ihre Funktion durch die Lichtleiter 6', 6'' und 6''' übernommen
wird.
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In den Figuren 9 und 10 ist der Schalttafelteil 24, der die
Steuervorrichtungen oder die Schalter 1 trägt, selbst aus
lichtleitendem Material ausgebildet oder weist Blöcke aus
solchem Material auf. In anderen Worten ausgedrückt, die
Funktion der Lichtleiter 6 oder 6 und 8, je nachdem, wird durch
die Schalttafel bewirkt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel liefert die Prismenanordnung 27
Licht in einen Block 29 aus Acrylharz, und dies ist äquivalent
einem Lichtleiter 6. Ein Block 30 aus ähnlichem Material bildet
das Äquivalent eines Lichtleiters 8. Die Blöcke 29 und 30 haben
Paßrandflächen 31 mit je einem halbkreisförmigen Ausschnitt 32.
Diese Flächen 31 und Teile der Ausschnitte 32 sind schwarz
angestrichen um zu verhindern, daß Licht von einem Block nach dem
anderen Block gelangt, ohne durch die Steuervorrichtung 1
moduliert zu sein. Die Steuereinrichtung 1, die beispielsweise
als Drehschalter gemäß Fig. 2 ausgebildet sein kann, wird von
der Schalttafel 24 in der Weise getragen, daß seine Trommel 10
innerhalb der Ausschnitte 32 liegt (die, wie dargestellt,
einander kombinieren, um eine einzige kreisförmige Ausnehmung
zu bilden, wenn die Flächen 31 der Blöcke aneinanderpassen). Das
von dem Block 29 geführte Licht wird auf die Trommel 10 durch
jenen Bereich 33 der Ausnehmung 32 gerichtet, die nicht
geschwärzt ist und hiervon reflektiert, in geeigneter Weise
moduliert und in den Block 30 durch einen ungeschwärzten Bereich
34 der Ausnehmung 32 gerichtet, die dem Block 30 zugeordnet ist
und dann nach dem Prisma 28.
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Auch in diesem Falle braucht der Block 30 nicht vorhanden zu
sein, wenn der Block 29 die Doppelfunktion ausführt und sowohl
moduliertes und nichtmoduliertes Licht leitet.