DE3835364C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zeicheneinrichtung mit einer plattenförmigen Zeichenunterlage und einem Linealelement, das geführt über die Zeichenunterlage bewegbar ist, sowie mit einer Längenmeßeinrichtung, die eine am Linealelement gehalterte Abtasteinrichtung mit mindestens einem Sensor zur Abtastung einer in oder an der plattenförmigen Zeichen­ unterlage vorgesehenen Längenteilung aufweist.

Eine bekannte Zeicheneinrichtung dieser Art (DE-OS 29 15 422) in Form einer Laufwagen-Zeichenmaschine weist an jedem Laufwagen einen elektrooptischen Sensor auf, mit dessen Hilfe eine gitterförmige Längenteilung abgetastet wird, die an der zugehörigen Laufschiene vorgesehen ist. Diese Längen­ meßeinrichtung ist zwar verhältnismäßig aufwendig in der Herstellung, doch läßt sich mit ihr eine exakte Längenmes­ sung durchführen, insbesondere da der Laufwagen und die zugehörige Laufschiene mit engen Toleranzen in fester Lage­ zuordnung relativ zueinander bewegt werden, wobei sich der Abstand von elektrooptischem Sensor und gitterförmiger Längenteilung im Betrieb nicht ändert.

Es ist auch bereits bekannt (DE-OS 30 27 931), die Messung der Verlagerungsbewegung des Linealelementes einer Zeichen­ maschine dadurch zu ermitteln, daß mit dem Linealelement ein Signalgeberrad verbunden ist, das bei Bewegung des Lineal­ elementes über die Zeichenunterlage bewegt wird und das infolge seiner Drehung entsprechende, die Länge der Verlage­ rungsbewegung bezeichnende Signale erzeugt. Dieser Aufbau ist jedoch verhältnismäßig ungenau, weil einerseits durch die unvermeidbaren Toleranzen im mechanischen Teil gering­ fügige Verlagerungsbewegungen auftreten und da andererseits nicht immer sichergestellt werden kann, daß zwischen dem Signalgeberrad und der Zeichenunterlage keinerlei Schlupf eintritt.

Die Erfindung betrifft demgegenüber eine Zeicheneinrichtung der eingangs erwähnten Art, die sich dadurch auszeichnet, daß das Lineal­ element eine einseitig geführte Zeichenschiene ist, daß die Längenteilung aus einem Streifen aus in Richtung der Längs­ erstreckung des Streifens abwechselnd positiv und negativ magnetisiertem Material besteht und daß zumindest zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, die in Richtung der Längserstreckung des Streifens nebeneinander und in gleichem Abstand von der Auflageebene der Zeichenschiene befestigt und jeweils in einem Zweig einer Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind.

Bei der erfindunnsgemäßen Zeicheneinrichtung besteht somit die Zeichenunterlage aus einer plattenförmigen Zeichenunterlage bzw. einer Zeichenplatte und das Lineal­ element aus einer Zeichenschiene, die einseitig an der Zeichenplatte geführt ist. Bei diesem Aufbau besteht infolge der Art der Führung der Zeichenschiene die Gefahr, daß sich der Abstand der Zeichenschiene von der Zeichenunterlage und damit des Sensors von der Längenteilung ändert, was bei­ spielsweise bei einer optischen Abtastung der vorstehend erwähnten Art von der Längenmeßeinrichtung als eine Bewegung in Richtung der Längenteilung interpretiert werden würde.

Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Zeicheneinrich­ tung eine speziell ausgebildete Abtasteinrichtung in Form von zwei Magnetfeldsensoren verwendet, die in Richtung der Längserstreckung des die Längenteilung bildenden Streifens aus magnetisiertem Material nebeneinander und in gleicher Höhe von der Auflageebene der Zeichenschiene befestigt sind, so daß diese beiden Magnetfeldsensoren bei Änderung des Abstandes der Zeichenschiene von der Zeichenplatte eine Intensitätsänderung des Magnetfeldes feststellen, die für beide Magnetfeldsensoren gleich ist. Da die beiden Magnet­ feldsensoren in unterschiedlichen Zweigen einer Wheatstone- Brückenschaltung angeordnet sind, führt diese Intensitäts­ änderung zu gleich großen Signaländerungen in den beiden Zweigen der Brückenschaltung, d.h. die Differenz der Signale in den Zweigen der Brückenschaltung bleibt gleich, und aus diesem Grund wird die Signaländerung nicht als Verlagerungs­ bewegung entlang der Längenteilung interpretiert.

Als Magnetfeldsensoren eignen sich besonders solche, die in Form eines Bausteins (z.B. KMZ 10 A der Valvo GmbH) erhält­ lich sind, in dem vier gleichartige Magnetfeldsensoren vereinigt und zu einer Wheatstone-Brückenschaltung zusammen­ geschaltet sind und der so an der Zeichenschiene angebracht werden kann, daß die Magnetfeldsensoren in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Auflageebene der Zeichenschiene liegen und die beiden der Auflageebene näheren Magnetfeld­ sensoren so ausgerichtet sind, daß sie in Richtung der Längserstreckung des Streifens aus magnetisiertem Material nebeneinander liegen.

Es ist zwar auch bereits bekannt (DE-AS 12 64 997), in der Zeichenplatte einer Zeicheneinrichtung abwechselnd positiv und negativ magnetisiertes Material vorzusehen, das mittels dreier Sensoren abgetastet und mit Hilfe einer Brückenschaltung ausgewertet werden kann. Dabei wird das magnetisierte Material durch in die Zeichenplatte eingelagerte Drähte gebildet und kann gegebenenfalls in mehreren Schichten über die gesamte Ar­ beitsfläche der Zeichenplatte verteilt sein. Abgesehen davon, daß die erfindungsgemäße Lösung demgegenüber einfacher aufgebaut ist und lediglich zwei in besonderer Weise angeordnete Sensoren benötigt, während bei der bekannten Lösung drei Sensoren erforderlich sind, läßt sich mit der bekannten Lösung bei weitem nicht die Meßgenauigkeit erreichen, die mittels der erfin­ dungsgemäßen Lösung erzielbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Zeicheneinrichtung kann der Streifen aus magnetisiertem Material in die Zeichenplatte eingelagert sein und so mit seiner oberen Fläche mit der Oberfläche der Zeichenplatte abschließen.

Um die Abstandsänderungen zwischen Magnetfeldsensoren und Streifen aus magnetisiertem Material im Betrieb möglichst gering zu halten, kann der Streifen benachbart zur Führung der Zeichenschiene angeordnet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematisch und vereinfacht ein Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Zeichenplatte mit einer Zeichenschiene.

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten perspektivischen Dar­ stellung einen Streifen aus abwechselnd positiv und negativ magnetisiertem Material.

Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Baustein mit zwei Magnetfeldsensoren, wie er in die Zeichenschiene gemäß Fig. 1 und 3 eingesetzt ist sowie die Brückenschaltung der Magnetfeldsensoren des Bausteins.

Fig. 5 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der mittels der beiden Magnetfeldsensoren gewonnenen Signal­ spannungen bei Bewegung entlang dem Streifen aus magnetisiertem Material.

Fig. 6 zeigt in Diagrammen die Spannungsverläufe aus Fig. 5 und die daraus gewonnenen Signalverläufe zur Ermittlung der Bewegungsrichtung der Zeichen­ schiene.

Die dargestellte Zeichenplatte 1 ist im wesentlichen von üblicher Bauart und weist an ihren vier Seiten Führrippen 3 zur Führung einer Zeichenschiene 10 auf. Parallel zu einer Führrippe 3 erstreckt sich eine übliche Klemmschiene 2 zur Befestigung des Zeichenmaterials. Zwischen dieser Klemm­ schiene 2 und der Führrippe 3 ist in die Zeichenplatte ein Streifen 7 aus abwechselnd positiv und negativ magnetisiertem Material eingelagert, dessen Funktion später beschrieben werden wird.

Die Zeichenschiene 10 hat an ihrem einen Ende Führrippen 15 und 16, mit deren Hilfe die Zeichenschiene 10 entlang der jeweiligen Führrippe 3 der Zeichenplatte 1 verschiebbar ist. An dem die Führrippen 15 und 16 aufweisenden Ende der Zeichenschiene 10 ist an deren Ober­ seite ein Gehäuse 11 befestigt, das eine nicht dargestellte Klemmeinrichtung aufnehmen kann, wie dies bei derartigen Zeichenschienen üblich ist. Darüber hinaus enthält das Gehäuse 11 eine Anzeige 12, etwa eine LCD-Anzeige sowie Bedienungsknöpfe 13 und 14, mit deren Hilfe u.a. eine Nullstellung der Anzeige bewirkt werden kann, ohne daß die hierfür erforderlichen Schaltungseinzelheiten dargestellt wären.

Im Bereich des Gehäuses 11 ist in der Zeichenschiene eine Abtasteinrichtung in Form eines Bausteins oder Chips 20 vorgesehen, dessen bzw. deren Unterseite freiliegt und sich, wie Fig. 3 zeigt, unmittelbar oberhalb des Streifens 7 befindet, wenn die Zeichenschiene 10 in Eingriff mit der Führrippe 3 der Zeichenplatte 1 steht.

Der die Abtasteinrichtung bildende Chip 20 ist beispiels­ weise ein Chip mit der Typenbezeichnung KMZ 10 A der Valvo GmbH und enthält vier Magnetfeldsensoren 21, 22, 23, 24 (Fig. 4), die alle in einer Ebene angeordnet sowie zu einer Wheatstone-Brücke geschaltet sind. Die beiden Magnetfeld­ sensoren 21 und 22 liegen dabei jeweils in einem Zweig der Brücke, also der Magnetfeldsensor 21 im Zweig mit dem Mangetfeldsensor 23 und der Magnetfeldsensor 22 in einem Zweig mit dem Magnetfeldsensor 24. Die Magnetfeldsensoren 21 und 22 befinden sich in einer Lage unmittelbar nebeneinander und in gleichem Abstand von der Unterkante (Fig. 4) des Bausteins oder Chips 20. Dieser Baustein oder Chip 20 ist derart in die Zeichenschiene 10 eingesetzt, daß seine Unterkante (Fig. 4) an der Unterseite der Zeichenschiene 10 liegt und daß die beiden Magnetfeldsensoren 21 und 22 in Richtung der Längserstreckung des Streifens 7 nebeneinander liegen, also bei einer Verschiebung der Zeichenschiene 10 entlang der Führrippe 3 der Zeichenplatte 1 nacheinander einen bestimmten magnetischen Nordpol und dann den benach­ barten magnetischen Südpol des Streifens 7 überlaufen.

Geht man davon aus, daß bei einem Streifen 7 gemäß Fig. 2 der Abstand zwischen einem magnetischen Nordpol und dem benachbarten magnetischen Südpol 2,5 mm beträgt, und ver­ fährt man die den Chip oder Baustein 20 enthaltende Zeichen­ schiene 10 entlang der Führrippe 3 der Zeichenplatte 1, so erhält man an den Ausgängen der Brückenschaltung (Fig. 4) Ausgangsspannungsverläufe entsprechend Fig. 5, wobei der Versatz der beiden Kurven U ₁ und U ₂ aus Fig. 5 durch den räumlichen Abstand der Magnetfeldsensoren 21 und 22 im Baustein oder Chip 20 gegeben ist. Die Perioden der Kurven betragen 2,5 mm, und die Kurven weisen praktisch geradlinige Abschnitte auf, die in Fig. 5 durch größere Linienbreite angedeutet sind. Dabei ist zu erkennen, daß in jeder Stellung der Magnetfeldsensoren 21 und 22 bezüglich dem in die Zeichenplatte 1 eingelagerten Streifen 7 mindestens ein geradliniger Bereich einer der beiden Kurven vorhanden ist. Wenn man daher diese geradlinigen Bereiche in Richtung der Amplitude V in gleich große Schritte unterteilt, so läßt sich aus den geradlinigen Abschnitten innerhalb eines Bereiches von 2,5 mm sehr genau die jeweilige Lage des Bausteins oder Chips 20 und damit der Zeichenschiene 11 innerhalb des jeweiligen Bereiches von 2,5 mm ermitteln. Nimmt man beispielsweise an, daß sich die auswertbaren geradlinigen Abschnitte der Kurven über einen Amplitudenbereich von 2 V erstrecken und unterteilt man diesen Amplitudenbereich in 80 Schritte, so stehen bei einem überdeckten Bereich von 2,5 mm mehr als 5 Schritte pro 10tel Millimeter zur Verfügung, wodurch sich eine hohe Genauigkeit in der Bestimmung der Position der Zeichenschiene 10 innerhalb eines Bereiches von 2,5 mm des Streifens 7 erreichen läßt.

Wenn also die Zeichenschiene 10 entlang der Führrippe 3 der Zeichenplatte 1 bewegt wird, so erfolgt mittels der Magnet­ feldsensoren 21 und 22 einerseits ein Abzählen der Null­ durchgänge der Kurven gemäß Fig. 5 und damit ein Abzählen der überlaufenen 2,5 mm-Bereiche zwischen benachbarten mag­ netischen Nord- und Südpolen und andererseits durch die vorstehend erwähnte Unterteilung in Richtung der Amplitude eine genaue Ermittlung der Lage innerhalb von nicht voll­ ständig überlaufenen 2,5 mm-Bereichen, d.h. auf diese Weise läßt sich die von der Zeichenschiene 10 bei Bewegung von einer Lage in eine andere zurückgelegte Strecke genau ermitteln.

Wenn bei dieser Verlagerungsbewegung der Zeichenschiene 10 eine Änderung des Abstandes zwischen Magnetfeldsensoren 21 und 22 und Streifen 7 eintritt, so wird die von den Magnetfeldsensoren ermittelte Feldstärke geringer, d.h. die Amplituden der Kurven gemäß Fig. 5 werden etwas kleiner, ohne daß sich die Lage und der Verlauf dieser Kurven sonst ändert. Eine derartige Amplitudenänderung wird daher als Abstandsänderung erkannt und nicht als Bewegung der Zeichen­ schiene 10 entlang der Führrippe 3 interpretiert.

Im Gebrauch der Zeichenschiene muß auch festgestellt werden, in welcher Richtung eine Verlagerung entlang der Führrippe 3 der Zeichenplatte 1 stattgefunden hat. Zu diesem Zweck werden, wie Fig. 6 zeigt, aus den Kurven U ₁ und U ₂ gemäß Fig. 5 zusätzliche Rechteck-Kurvenverläufe ermittelt, von denen derjenige im oberen Diagramm gemäß Fig. 6 durch seine Flanken anzeigt, wenn die Amplitude der Kurve U ₁ größer bzw. kleiner als die Amplitude der Kurve U ₂ wird, während der andere Rechteck-Kurvenverlauf, der im unteren Diagramm dar­ gestellt ist, mit seinen Flankenverläufen anzeigt, wenn an einer Stelle innerhalb eines 2,5 mm-Bereiches das arithme­ tische Mittel der Amplituden der beiden Kurven U ₁ und U ₂ kleiner oder größer als die halbe maximale Amplitude einer der Kurven wird.

Mit Hilfe dieser Rechteck-Kurvenverläufe ist es möglich zu bestimmen, in welcher Richtung die Zeichenschiene 10 entlang der Führrippe 3 bewegt wird, also in Fig. 1 nach oben oder nach unten. Hierzu wird beim Durchlaufen der einzelnen 2,5 mm-Bereiche ermittelt, ob zunächst eine Flanke der oberen Rechteck-Kurve in Fig. 6 überlaufen wird, die anzeigt, daß die Amplitude der Kurve U ₁ größer geworden ist als die Amplitude der Kurve U ₂, oder ob zunächst eine Flanke der Rechteck-Kurve im unteren Diagramm aus Fig. 6 überlaufen wird, die anzeigt, daß das arithmetische Mittel der Ampli­ tuden der beiden Kurven U ₁ und U ₂ kleiner geworden ist als die halbe maximale Amplitude. Wird die erstgenannte Flanke zuerst überlaufen, so bedeutet dies, daß eine Bewegung von links nach rechts in den Diagrammen der Fig. 5 und 6 stattfindet, während anderenfalls die Bewegung in entgegen­ gesetzter Richtung erfolgt.

Es sei erwähnt, daß zur Ermittlung des Richtungsverlaufes selbstverständlich auch die weiteren in den Diagrammen gemäß Fig. 6 dargestellten Flanken der Rechteck-Kurven heran­ gezogen werden können.

Claims (4)

1. Zeicheneinrichtung mit einer plattenförmigen Zeichen­ unterlage (1) und einem Linealelement (10), das geführt über die Zeichenunterlage (1) bewegbar ist, sowie mit einer Längenmeßeinrichtung, die eine am Linealelement (10) gehalterte Abtasteinrichtung (20) mit mindestens einem Sensor (21, 22) zur Abtastung einer in oder an der plattenförmigen Zeichenunterlage (1) vorgesehenen Längenteilung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Linealelement eine einseitig geführte Zeichenschiene (10) ist, daß die Längenteilung aus einem Streifen (7) aus in Richtung der Längserstreckung des Streifens (7) abwechselnd positiv und negativ magnetisiertem Material besteht und daß mindestens zwei Magnetfeldsensoren (21, 22) vorgesehen sind, die in Richtung der Längserstreckung des Streifens (7) nebeneinander und in gleichem Abstand von der Auflageebene der Zeichenschiene (10) befestigt und jeweils in einem Zweig einer Wheatstone-Brücken­ schaltung angeordnet sind.

2. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Magnetfeldsensoren (21, 22) Teil eines Bausteins (20) mit vier in einer Ebene liegenden, als Wheatstone-Brücke geschalteten Magnet­ feldsensoren (21, 22, 23, 24) sind.

3. Zeicheneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (7) in die Zeichen­ platte (1) eingelagert ist.

4. Zeicheneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (7) benachbart zu einer an der Zeichenplatte (1) ausgebildeten Führung (3) für die Zeichenschiene (10) angeordnet ist.