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Die Erfindung betrifft ein Bandmaß.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektronisches Bandmaß
mit einer digitalen Anzeigeeinrichtung. Derartige
Meßvorrichtungen sind bereits erhältlich und weisen häufig eine
Recheneinrichtung auf, die an einem ein aufgewickeltes Band
enthaltenden Gehäuse montiert ist und als normale Recheneinrichtung
und/oder zum Berechnen verschiedener Informationen auf der
Basis einer oder mehrerer mit dem Bandmaß gemessener Abstände
verwendbar ist, siehe z.B. GB-A-2 171 508 oder JP-A-61104213.
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Bei sämtlichen dieser Vorrichtungen ist für die
Abstandsmessung eine Einrichtung erforderlich, die die Bandlänge
bestimmt, die zu irgendeinem Zeitpunkt aus dem Gehäuse
herausgezogen worden ist, und die während einer Bewegung des Bandes
feststellt, ob das Band aus dem Gehäuse heraus oder in dieses
hinein bewegt wird. Eine digitale Anzeigeeinrichtung ist
vorgesehen, um - normalerweise permanent - den Betrag, d.h. die
Länge, des sich momentan aus dem Gehäuse heraus erstreckenden
Bandes anzuzeigen.
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Der direkteste Ansatz zum Überwachen des Bandes besteht darin,
optische, magnetische oder andere auf dem Band selbst
angebrachte Markierungen zu "lesen". Es ist bereits vorgeschlagen
worden, in regelmäßigen Abständen angeordnete Perforationen in
dem Band auszubilden und zur Detektion der Bandbewegung das
Band einer an einer Seite des Bandes angeordneten Lichtquelle
auszusetzen und das Licht zu detektieren, das durch die
Perforationen tritt, während sich das Band an einem Sensor vorbei
bewegt. Derartige Systeme können für sich genommen keine
Angabe darüber liefern, in welcher Richtung sich das Band bewegt
und sind insbesondere unpräzise, wenn das Band wackelt, die
Empfindlichkeit des Sensors schwankt oder die Intensität der
Lichtquelle sich verändert, usw.
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Zudem kann bei diesem Systemen die Auflösung nicht sehr hoch
sein, ohne daß die Festigkeit des Bandes beträchtlich
geschwächt wird, d.h. ohne eine sehr große Anzahl von
Perforationen je Einheitslänge vorzusehen.
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Gemäß der Erfindung wird ein elektronisches Bandmaß
vorgeschlagen, das versehen ist mit einem Gehäuse, welches eine
digitale Anzeigeeinrichtung aufweist und einen Mikroprozessor
enthält, einem auf einer Spule in dem Gehäuse gewickelten
herausziehbaren Band, das zum Durchführen von Messungen aus dem
Gehäuse herausgezogen werden kann, einer Anzahl gleich
beabstandeter lesbarer Einheiten-Markierungen auf dem Band, und
einer Leseeinrichtung zum Lesen der Markierungen während des
Heraus- und Hineinbewegens des Bandes aus dem bzw. in das
Gehäuse, und bei dem die Leseeinrichtung ein Array separater
Lesevorrichtungen aufweist, die derart mit dem Band
ausgerichtet und voneinander getrennt sind, daß das Array über eine
Strecke verläuft, die dem Abstand der Markierungen auf dem
Band entspricht, um Signale zu erzeugen, die
Inkremental-Einheiten der Bandbewegung entsprechen, wobei die Markierungen
und die Lesevorrichtungen derart angeordnet sind, daß die
Lesevorrichtungen jedes Mal, wenn zu irgendeiner Zeit eine
Markierung des Bandes entweder von einer einzelnen
Lesevorrichtung oder von zwei benachbarten Lesevorrichtungen gelesen
wird, diskrete sequentielle Inkremental-Signale bilden, die
Positionen entsprechen, wobei die Ausgangssignale der
Lesevorrichtungen dem Mikroprozessor als die Inkremental-Einheiten-
Signale zugeführt werden und die Lesevorrichtungen derart
angeordnet sind, daß die Anzahl von Inkremental-Signalen für
jede Abstands-Einheit das Zweifache der Anzahl der
Lesevorrichtungen beträgt.
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Die Einheiten-Markierungen können in dem Band ausgebildete
Löcher sein, und die Lesevorrichtungen können Photozellen
sein.
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Die Einheiten-Markierungen können mit Intervallen von einem cm
oder einem Inch entlang der Länge des Bandes angeordnet sein.
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Eine digitale Recheneinrichtung mit einer zugehörigen
digitalen Anzeigeeinrichtung kann an dem Gehäuse montiert sein. Die
mittels des Bandes erstellten Meßwerte können der
Recheneinrichtung zugeführt werden.
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Im folgenden wird ein Beispiel der gemäß der Erfindung
vorgesehenen Kombination aus elektronischem Bandmaß und
Recheneinrichtung anhand der Figuren erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Meßvorrichtung
und der Recheneinrichtung;
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Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Meßvorrichtung
und der Recheneinrichtung, wobei eine Seite abgenommen
ist;
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Fig. 3 zeigt einen Teil des Bandes;
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Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung von Photozellen, die
für die Meßvorrichtung und die Recheneinrichtung
verwendet werden;
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Fig. 5 zeigt verschiedene mögliche Positionen des Bandes
relativ zu den Photozellen;
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Fig. 6 zeigt die sequentielle Logik von Ausgangssignalen, die
bei Benutzung des Bandmaßes von den Photozellen her
empfangen werden; und
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Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung
für die Meßvorrichtung und die Recheneinrichtung.
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Gemäß Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Kunststoffgehäuse A
versehen mit einer LCD-Anzeige 1, einer Sperrtaste 2 für ein
gleitendes mechanisches Band, und einer ENTER-Taste 3 zum
Eingeben eines Band-Meßwertes zwecks Speicherung des Meßwertes
in einem Speicher. Ein Band 4, das eine in herkömmlicher Weise
ausgebildete Spitze 4A aufweist, wird zum Messen von
Entfernungen zwischen der Spitze 4A und einer öf fnung 5 des Gehäuses
A verwendet. Eine (+CASE)-Taste 6 bewirkt bei Betätigung, daß
die Länge des Gehäuses A jedem Meßwert hinzuaddiert wird, so
daß das Bandmaß zur Messung ausgehend von der Spitze 4A bis zu
der der öffnung 5 entgegengesetzten Rückseite des Gehäuses
verwendet werden kann.
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Ein Netzschalter 7 setzt die Stromzufuhr auf ON und OFF. Eine
LCD-Anzeigeeinrichtung 8 wird für eine im wesentlichen
herkömmliche Recheneinrichtung verwendet, die in einem
Seitenbereich des Gehäuses A montiert ist und, wie die Figur zeigt,
eine übliche Tastatur zur Verwendung mit der Recheneinrichtung
aufweist. Eine Taste 9 ist für Kreis-Berechnungen vorgesehen.
Falls mit dem Band ein Kreisdurchmesser gemessen wird und die
Taste 9 einmal gedrückt wird, zeigt die Anzeigeeinrichtung 1
den Umfang des Kreises an, und falls die Taste 9 zweimal
gedrückt wird, wird der Flächeninhalt des Kreises angezeigt.
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In dem Band 4 sind öffnungen 14 mit Einheiten-Intervallen von
1 cm ausgebildet. An der Seite des Gehäuses A ist eine SELECT-
Taste 10 angeordnet.
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Zum Messen eines Gegenstandes mittels des Bandmaßes wird die
Spitze 4A des Bandmaßes an einem Ende des zu messenden
Gegenstandes und die öffnung 5 des Kunststoffgehäuses an dem
anderen Ende des Gegenstandes plaziert und anschließend die ENTER-
Taste 3 gedrückt. Während der Bewegung des Bandes werden die
Meßergebnisse unmittelbar auf der Meßwert-Anzeigeeinrichtung 1
angezeigt. Die Betätigung der ENTER-Taste 3 bewirkt, daß der
in diesem Moment vorhandene Meßwert in einem Speicher
gespeichert wird. Mittels der Sperrtaste 2 wird verhindert, daß das
Band in das Gehäuse zurückgezogen wird.
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Obwohl die Recheneinrichtung als gewöhnliche, eine
achtstellige Anzeigeeinrichtung aufweisende Recheneinrichtung mit den
vier Grundfunktionen, Prozentrechnung, Gesamt-Löschung (AC),
Eingabe-Löschung (CE) und Speicheraufruf (MR) verwendet werden
kann, kann die Recheneinrichtung auch interaktiv mit
Bandmeßwerten benutzt werden. Dazu ist es nicht erforderlich, von
einer bestimmten Betriebsart zu einer anderen umzuschalten
oder die Meßwerte über die Zahlentastatur manuell neu
einzugeben. Nachdem ein Bandmeßwert durch Drücken der ENTER-Taste 3
eingegeben worden ist, kann der Meßwert durch bloßes Drücken
von Speicheraufruf (MR) problemlos mit einer bestimmten Zahl
multipliziert oder durch diese dividiert oder in eine Abfolge
von Rechenvorgänge einbezogen werden, da nach Betätigung der
ENTER-Taste 3 der Bandmeßwert automatisch in dem Speicher
gespeichert wird.
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Diese elektronische Maßnahme ermöglicht fünf wählbare
Funktionen. Die Vorgabe-Funktion ist eine einfache Eingabe. Jedes
Mal, wenn die ENTER-Taste 3 betätigt wird, wird der Speicher
mit dem aktuellen Bandmeßwert überschrieben. Eine erste
Betätigung der SELECT-Taste 10 bewirkt die zweite Funktion, in der
die Summe der Längen berechnet wird. Dies bedeutet, daß durch
Drücken von ENTER der aktuelle Bandmeßwert dem zuvor
eingegebenen Meßwert hinzugefügt wird und der nächste Eingabewert der
Summe der vorherigen hinaddiert wird, usw. Wenn die SELECT-
Taste 10 ein zweites Mal betätigt wird, wird die dritte
Funktion durchgeführt, bei der es sich um Flächenberechnung
handelt. Dies bedeutet, daß die zweite Bandmeßwert-Eingabe mit
der ersten multipliziert wird. Ein weiteres Betätigen der
SELECT-Taste 10 veranlaßt die vierte Funktion, bei der es sich
um Volumenberechnung handelt. Diese Funktion ist der dritten
Funktion ähnlich, kann jedoch - im Gegensatz zu der dritten
Funktion, die auf nur zwei Eingabewerte beschränkt ist - bis
zu drei Eingabewerte einbeziehen. Ein viertes Betätigen der
SELECT-Taste 10 veranlaßt die fünfte Funktion. Diese Funktion
ist eine Kombination aus der Addierung der Längen und der
Volumenberechnung. Dies ist zweckmäßig beim Messen großer
Volumen oder Flächen von Gegenständen mit sehr langen Seiten,
die die Gesamtlänge des Meßbandes überschreiten. Ein
nochmaliges Betätigen der SELECT-Taste 10 führt zurück zu der ersten
Funktion. Bei sämtlichen dieser fünf Funktionen wird der
aktuelle Bandmeßwert in der Meßwert-Anzeigeeinrichtung 1
angezeigt, und das aktuelle Rechenergebnis wird in der
Anzeigeeinrichtung 8 angezeigt. Der berechnete Wert wird automatisch
in dem Speicher gespeichert.
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Die (+CASE)-Taste 6 ist für Messungen von Wand zu Wand
vorgesehen, bei denen die Länge des Kunststoffgehäuses des
Bandmaßes dem tatsächlich vom Band abgelesenen Meßwert
hinzuaddiert wird, um präzise Meßwerte zu erhalten. Das metrische
System hat eine Auflösung von 1 mm, wie noch erläutert wird.
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Das Bandmaß ist mit einem Zeitgeber zur automatischen
Netzabschaltung versehen, der aktiviert wird, wenn die Vorrichtung
für fünf Minuten unbenutzt bleibt. Falls für eine volle
Zeitspanne von fünf Minuten keine Tasten betätigt worden sind oder
das Band nicht in das Gehäuse ein- oder aus diesem
herausgezogen worden ist, wird die Netzversorgung automatisch auf OFF
geschaltet.
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Gemäß Fig. 2 ist in der Nähe der öffnung des Gehäuses ein
mechanischer Kalibrierungsschalter 16 montiert, der dazu
verwendet wird, einen Zähler eines Mikroprozessors auf Null zu
setzen, wenn das Band vollständig in das Gehäuse A
zurückgezogen ist. Ein Batteriefach enthält drei AA-Batterien zur
Stromversorgung. In dem Kunststoffgehäuse A ist das herausziehbare
Band 4 untergebracht, das um eine federnd vorgespannte Spule
13 gewickelt ist, damit sich das Band eigenständig in das
Gehäuse A zurückziehen kann. Eine an Federn montierte
Führungsrolle 11 drückt gegen das Band und die Spule 13, um zu
gewährleisten, daß das Band gleichmäßig auf die Spule
gewikkelt wird, während es in das Gehäuse zurückgezogen wird. In
der Nähe der öffnung des Gehäuses ist eine optische
Sensoreinrichtung 17 positioniert, die jeden Durchgang eines Loches
detektiert und ein Signal erzeugt, das in den Mikroprozessor
eingegeben wird. In Abhängigkeit von der Bewegung des Bandes,
d.h. davon, ob das Band aus dem Gehäuse heraus bzw. in dieses
zurück gezogen wird, wird der Zählstand des Mikroprozessors
entweder inkrementiert oder dekrementiert.
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Gemäß Fign. 3 und 4 ist das Band 4 mit gleichmäßig
beabstandeten Löchern 14 versehen, die Meßeinheiten repräsentieren,
welche jeweils eine effektive Längenerstreckung von ungefähr 2 mm
haben. Der (in Fig. 2 angedeutete) optische Sensor 17 weist
fünf Lichtdetektoren 40 auf, deren Blickfeld jeweils ungefähr
l mm beträgt. Pro Zentimeter sind fünf gleichmäßig mit einem
mittleren Abstand von 2 mm beabstandete Detektoren vorgesehen.
Die Anforderungen sind derart, daß während der Bewegung des
Bandes an dem Sensor 17 vorbei jedes Loch imstande sein muß,
jederzeit entweder eine ganze Photozelle oder zwei "Hälften"
zweier benachbarter Photozellen zu belichten, um
inkrementierende Einheiten-Meßsignale für den Mikroprozessor zu erzeugen,
wie noch genauer beschrieben wird.
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Bei dem vorliegenden Beispiel sind in dem Band Löcher mit
Intervallen von 1 cm ausgebildet, und der Sensor 17 weist fünf
photozellen auf, die über eine effektive Gesamtstrecke von 1
cm verteilt sind. Dadurch erhält das Bandmaß eine Auflösung
von 1 mm.
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Falls das Bandmaß z.B. für britische Einheiten vorgesehen ist,
können die Löcher 14 um einen Inch voneinander beabstandet
sein, und der Sensor 17 kann acht gleich beabstandete
Photozellen (pro Inch) aufweisen, um eine Auflösung von einem
Sechzehntel Inch zu bewirken. Falls eine Auflösung von einem
Zehntel Inch erforderlich ist, weist der Sensor 17 fünf
Photozellen auf, usw. Die Größe und der Abstand der Löcher 14 und die
Anzahl von Photozellen pro Loch-Abstand bestimmen die
Einheiten für die Bandmessung und die Inkremental-Einheiten bzw. die
Auflösung der Messung. Wie bereits erwähnt, müssen die in dem
Band ausgebildeten Löcher 14 in jedem Fall derart angeordnet
sein, daß durch sie eine ganze Photozelle oder zwei Hälften
benachbarter Photozellen belichtet werden, um eine korrekte
Überwachung der Bandbewegung durchzuführen und die
erforderlichen Inkrementalsignale zu erzeugen, die dem Mikroprozessor
zugeführt werden. Fig. 5 zeigt z.B. vier aufeinanderfolgende
Positionen, in denen distinkte Inkremental-Einheitensignale
für den Mikroprozessor erzeugt werden, und Fig. 6 zeigt die
binäre Logik-Sequenz eines vollen Satzes von
Inkremental-Meßeinheiten; in diesem Beispiel ist eine metrische Meßsequenz
mit einer Auflösung von 1 mm vorgesehen.
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In dem Schaltbild gemäß Fig. 7 besteht der optische Sensor 17
(von Fig. 2) aus fünf Leuchtdioden 19 und fünf Photozellen 21.
Bei Betrieb läuft das Band 4 zwischen den Dioden 19 und den
Photozellen 21 durch. Schmitt-Trigger-Elemente 22 setzen
Sinuswellen-Ausgangssignale aus den Photozellen 22 in
Rechteckwellenformen um und geben Eingangssignale für den
Mikroprozessor 23 aus.
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In dem Mikroprozessor 23 ist ein Programm eingespeichert, das
sämtliche Funktionen des Mikroprozessors steuert, sämtliche
mathematischen Rechenvorgänge durchführt und die
LCD-Anzeigeeinrichtungen 1 und 8 treibt. Die von den Schmidt-Trigger-
Elementen 22 gelieferten Signale werden von dem Mikroprozessor
in binäre Bit-Kombinationen übersetzt, die jeder Ziffer von 0
bis 9 entsprechen (vgl. Fig. 6). Falls eine binäre Sequenz
nicht in der erwarteten Form geliefert wird, d.h. entsprechend
dem sequentiellen Muster "Aufwärts" oder "Abwärts" in der in
Fig. 6 gezeigten Sequenz, wird ein Fehlersignal erzeugt und
eine Fehlerwarnung angezeigt. Auch der Übergang der logischen
Bedingung von 0 zu 9 wird überwacht (obwohl zu diesem Zweck
jede beliebige der benachbarten Binärzahlen in der Sequenz
verwendet werden kann) und zur Erzeugung eines "Aufwärtszähl"-
Signals oder eines "Abwärtszähl"-Signals verwendet, so daß die
Anzeigeeinrichtung 1 in der korrekten Richtung gesteuert wird,
während sich das Band in das Gehäuse A hinein bzw. aus diesem
heraus bewegt.
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Es ist ersichtlich, daß eine Dekodierschaltung als solche
nicht erforderlich ist, da jede Inkremental-Einheit oder
Digitalziffer 0 bis 9, die 1 mm repräsentiert, direkt aus den
Signalen abgeleitet werden kann, die von den Photozellen 21
des Sensors 17 erzeugt werden.
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Die beschriebene Kombination aus Bandmaß und Recheneinrichtung
kann mit einem (nicht gezeigten) Ultraschall-Sender und
-Empfänger versehen sein, der normalerweise zum Erzeugen
alternativer Näherungsmeßwerte verwendet wird. Auch diese Meßwerte
werden von der Anzeigeinrichtung 1 angezeigt.
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Obwohl der hier beschriebene Sensor 17 ein optischer Sensor
ist, der für jede Photozelle eine Leuchtdiode aufweist, kann
auch eine Einfachdiode oder eine andere Lichtquelle verwendet
werden, um die den Photozellen gegenüberliegende Oberfläche
des Bandes mit Flutlicht zu beschicken. Anstelle der optischen
Detektion kann auch magnetische Detektion, Detektion mittels
induktiver Kopplung oder eine andere Art von Detektion
verwendet
werden, sofern die Einheiten-"Markierungen" auf dem
Band als geeignete magnetische, induktive oder andere lesbare
Markierungen beschaffen sind. Die lesbaren Markierungen sind
in der beschriebenen Weise durch inkremental aufeinander
bezogene Intervalle voneinander getrennt und derart angeordnet,
daß - wie oben beschrieben - entweder durch eine einzige
Leseeinrichtung oder zwei benachbarte Leseeinrichtungen zu jedem
Zeitpunkt separate Lesevorgänge durchgeführt werden.