DE3101246A1

DE3101246A1 - Anordnung zum messen einer verschiebung

Info

Publication number: DE3101246A1
Application number: DE3101246A
Authority: DE
Inventors: Michael Howard Warwick Groves; Paul Nicholas Warwick Warwickshire Ramsden
Original assignee: Stanley Tools Ltd
Current assignee: Stanley Works Ltd
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1981-01-16
Publication date: 1982-02-04
Also published as: GB2067747A; JPS56108906A; GB2067747B; US4395630A; FR2474159A1

Description

Stanley Tools Limited Sheffield, S3 9PD, Großbritannien

Anordnung zum Messen einer Verschiebung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Verschiebung (Verlagerung bzw. Versetzung bzw-Verstellung; im folgenden auch kurz "Verschiebungsmesser" genannt), die ein Glied aufweist, das relativ bezüglich zwei Sensoren beweglich ist, so daß eine Relativbewegung des Gliedes in einer gegebenen Richtung eine Anzahl zyklischer Änderungen eines Ausgangssignales von jedem Sensor erzeugt, wobei die Anzahl proportional zur Größe der Relativbewegung ist.

Ein Beispiel eines derartigen Verschiebungsmessers ist ein Maßstab, der ein Meßglied in der Form eines aufwickelbaren Stahl-Maßstab-Blattes besitzt, das in herkömmlicher Weise innerhalb eines Gehäuses aufgewickelt werden kann, wenn es nicht im Gebrauch XSt₄, und das durch eine öffnung im Gehäuse herausgezogen x^erden kann, wenn es als üblicher Maßstab verwendet werden soll. Das Blatt

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ist über seiner gesamten Länge mit einer Reihe regelmäßig beabstandeter Elemente markiert, die dunkle, lichtabsorbierende Flächen sind, wobei die Abstände zwischen den dunklen Flächen lichtreflektierende Flächen sind. Zwei Lichtsender sind vorgesehen, wobei jeder Lichtsender einem Lichtsensor zugeordnet ist und mit dem Maßstab zusammenwirkt, so daß die zyklischen Änderungen im Ausgangssignal jedes Lichtsensors auftreten. Unter "Licht" soll (beispielsweise) auch Infrarot-Strahlung verstanden werden.

Es ist ein Problem bei einem Verschiebungsmesser, der abwechselnd helle und dunkle Flächen auf einem bezüglich eines Sensors zu bewegenden Maßstab aufweist, daß Schmutz auf dem Meßglied ein fehlerhaftes Ausgangssignal hervorrufen kann (vgl. US-PS 3 229 103, 3 364 359 und 4 079 252); obwohl die Möglichkeit in jeder Anordnung auftritt, die zyklische Änderungen eines Ausgangssignales zählt, werden jedoch diese zyklischen Änderungen leicht verursacht. Es können auch zwei photoelektrische Zellen auf jeder Seite einer Meßskala vorgesehen werden, so daß eine reflektiertes Licht und die andere übertragenes Licht empfängt (vgl. US-PS 3 229 103) . Die Zellen sollten komplementäre Signale erzeugen, und eine Schaltung erfaßt, wenn die Signale nicht komplementär sind. Eine derartige Anordnung erfaßt jedoch nur einen Hauptfehler.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Messen einer Verschiebung anzugeben, die eine Einrichtung aufweist, um eine anormale oder ungewöhnliche Abweichung in einer zyklischen Änderung eines Ausgangssignales eines Sensors zu erfassen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst. Die mit der Differenzmeßeinrichtung verbundene und auf das

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Differenzsignal ansprechende Zähleinrichtung zum Zählen der Zyklen bestimmt dabei die Größe einer Relativbewegung des Gliedes.

Das Fehlersignal wird erzeugt, wenn eine ungewöhnliche Abweichung in einer zyklischen Änderung eines Ausgangssignales eines der Sensoren vorliegt, und das Fehlersignal wird sogar dann erzeugt, wenn die Abweichung nicht ausreichend groß ist, um einen Fehler im Zählerstand zu verursachen .

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiei sind die Sensoren Lichtsensoren, und das Glied ist gestaltet, um zyklisch das durch die Sensoren empfangene Licht abzuändern. In diesem Fall erzeugt die Abtasteinrichtung ein Fehlersignal, wenn der Lichtweg zu einem der Sensoren auf irgendeine Weise, beispielsweise durch Schmutz, gesperrt ist.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Glied mit einer Reihe lichtübertragender Bereiche versehen, die mit einer Reihe dunkler lichtabsorbierender Bereiche abwechseln.

Alternativ ist das Glied mit einer Reihe lichtreflektierender Bereiche ausgestattet, die mit einer Reihe nichtreflektierender Bereiche abwechseln»

Andere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Patentansprüchen 5 bis 9. Die Anordnung nach Patentanspruch 9 ist dabei insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die Sensoren in zwei Paaren angeordnet sind. Ein Spannungsteiler ist dabei für jedes Sensorpaar vorgesehen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend

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beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Teiles der Schaltung eines Maßstabes, die nicht auf einem Hauptchip enthalten ist,

Fig. 2 Signale, die in dem Teil der in Fig. 1 gezeigten Schaltung auftreten,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Teiles einer Schaltung des Maßstabes, der auf einem Hauptchip ausgeführt ist und einen Zählerstand-Generator sowie einen Fehler-Detektor umfaßt,

Fig. 4 Signale, die im Teil der in Fig. gezeigten Schaltung auftreten,

Fig. 5 ein Diagramm eines v/eiteren Teiles der Schaltung des Maßstabes, die auf dem Hauptchip ausgeführt ist und eine Verdopplungs-, eine Reflektor-um-Null- und eine Zählertakt-Anzeige-Schaltungsanordnung aufweistρ

Fig. 6 Signale des Zählerstand-Verdopplers, der in dem Teil der Schaltung gezeigt ist, die in Fig. 5 dargestellt ist, und

Fig. 7 Signale zur Erläuterung des Betriebs bis 10 des in Fig. 3 dargestellten Fehler-Detektors.

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/T-

Der Maßstab hat einen mechanischen und optischen Aufbau, der von einem bestehenden Aufbau (vgl. GB-Patentanmeldung Nr. 7927071) ausgeht, und umfaßt ein Meßglied in der Form eines aufwickelbaren Stahl-Maßstab-Blatts, das geeignet ist, um in üblicher Weise innerhalb eines Gehäuses aufgewickelt zu werden, wenn es nicht verwendet wird, und das durch eine Öffnung im Gehäuse herausgezogen werden kann, wenn es wie ein herkömmlicher Maßstab verwendet werden soll. Das Blatt ist über seiner gesamten Länge mit einer Reihe regelmäßig beabstandeter Elemente markiert, die dunkle, lichtabsorbierende Übertragungsstreifen sind, wobei die Abstände zwischen den dunklen Streifen lichtreflektierende Streifen bilden. Die dunklen und die lichtreflektierenden Streifen können schwarz und gelb sein und eine Breite von 0,4 mm aufweisen. Wie bei der bestehenden Anordnung (vgl. GB-Patentanmeldung Nr. 7927071) sind vier Lichtsender und vier Lichtsensoren vorgesehen, wobei jeder Lichtsender eine Infrarot-Diode mit einer Kollimatorlinse und jeder Lichtsensor ein Phototransistor ist, der auch jeweils mit einer äußeren Kunststofflinse ausgestattet ist. Der Raum zwischen den vier Blöcken der Zylinderlinsen der Optik ist derart gestaltet, daß das Signal von jedem Lichtsensor

_o dem oder

um 90 außer Phase bezüglich des Signales vönVjedem benachbarten Sensor ist.

In der Fig. 1 sind Licht-Sendedioden bzw. Leuchtdioden D1, D2, D3 und D4 gezeigt; die Leuchtdioden D1 und D2 liegen in Reihe in einer Konstantstrom-Quellenschaltung einschließlich Transistoren T1 und T2, so daß der Strom durch die Dioden D1 und D2 nominell 15 mA beträgt. In ähnlicher Weise liegen die Leuchtdioden D3 und D4 in Reihe in einer Konstantstrom-Schaltung einschließlich Transistoren T3 und T4_P wobei die durch die Leuchtdioden D3 und D4 fließenden Ströme wiederum nominell 15 mA betragen» Ein Emitterfolger umfaßt einen Transistor

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T5, dessen Emitter an die Anode der Leuchtdiode D2 angeschlossen ist, wobei diese Anode auf einer Bezugsspannung V1 liegt. Der Emitter des Transistors T5 liegt bei einer weiteren Bezugsgleichspannung V2, die einen Wert 0,6 V unter der Bezugsspannung V1 hat. Lichtsensoren in der Form von Phototransistoren PT1, PT2, PT3 und PT4 sind jeweils mit ihrem Emitter so angeschlossen, daß sie mit der Bezugsspannung V2 beaufschlagt sind, wobei die Kollektoren der Phototransistoren PT1, PT2, PT3 und PT4 an die negativen Eingänge jeweiliger Operationsverstärker A1, A2, A3 und A4 angeschlossen sind. Die positiven Eingänge zu den Operationsverstärkern A1, A2, A3 und A4 sind alle verbunden, um die Bezugsspannung V1 zu empfangen, und der Ausgang jedes Operationsverstärkers ist an dessen negativen Eingang über einen veränderlichen Widerstand R5 angeschlossen.

Im Gebrauch wird der Ausgangsstrom jedes Phototransistors in eine Spannung durch den zugeordneten Operationsverstärker umgesetzt, wobei die Ausgangssignale in der Form von Sinuswellen A, B, A und B vorliegen, wie dies in Fig. gezeigt ist, und jede Sinuswelle um 90° außer Phase oder phasenverschoben zur benachbarten Sinuswelle ist.

Die Verbindung der Phototransistoren ist derart, daß für jeden Phototransistor die Kollektor-Emitter-Spannung Vce den Wert 0,6 V hat, und da die Basis-Emitter-Spannung Vbe ebenfalls 0,6 V beträgt, muß dessen Kollektor-Basis-Spannung Vcb Null V aufweisen. Dies führt zu einem sehr

■ Photo

stark verringerten Dunkelstrom für den /transistor und macht diesen für einen Einsatz bei geringen Lichtpegeln geeignet. Da weiterhin die Spannung Vce für jeden Phototransistor konstant gehalten wird, erhöht sich die Ansprechgeschwindigkeit. Tatsächlich sprechen die Dioden und Phototransistoren, die verwendet werden, eher auf Infrarot-Licht als auf Licht im sichtbaren Bereich an; sie v/erden jedoch hier als Licht-

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- JrT-

sender und Sensoren bezeichnet.

In der Fig. 3 werden Signale A und A zu einem Vergleicher C1 gespeist, während Signale B und B an einem Vergleicher C 4 liegen, um in Fig. 2 gezeigte Rechtecksignale als die Ausgangssignale der Vergleicher CI und C4 zu erzeugen, die um 90° phasenverschoben sind. Wie weiter oben näher erläutert wurde, beträgt die Breite jedes schwarzen und gelben Streifens 0,4 mm, so daß ein vollständiger Zyklus jedes Signales C1 und C4 0,8 mm entspricht. Es wird angestrebt, einen Ausgangsimpuls für alle 0,1 mm zu erzeugen, und hierzu liefert der Zählerstand-Generator einen kurzen Impuls für jede Flanke in den Signalen C1 und C4, und ein Zählerstand-Verdoppler wird verwendet, um jeden Ausgangsimpuls zu verdoppeln. Die Art und Weise, in der ein Impuls für jede Flanke im Äusgangssignal von C1 erzeugt wird, soll im folgenden näher erläutert werden. Das Ausgangssignal des Vergleichers C1 wird zum D-Eingang eines D-Flipflops oder bistabilen Elements L1 gespeist, dessen Q-Ausgang an den D-Eingang eines weiteren D-Flipflops oder bistabilen Elements L2 angeschlossen ist. Die Takteingänge der bistabilen Elemente L1 und L2 empfangen einen Taktimpuls bei einer Frequenz von etwa 500 kHz; der Q-Ausgang des bistabilen Elements L1 und der Q-Ausgang des bistabilen Elements L2 sind mit den Eingängen eines NOR-Gatters G1 verbunden, während der Q-Ausgang des bistabilen Elements L1 und der Q-Ausgang des bistabilen Elements L2 zu den Eingängen eines NOR-Gatters G2 geführt sind. Das O-Ausgangssignal des bistabilen Elements L2 ist ähnlich zu demjenigen des bistabilen Elements L1 mit einer Verzögerung, und das gleiche gilt für die Q-Ausgangssignale der bistabilen Elemente L1 und L2. Als Ergebnis ist das Äusgangssignal des NOR-Gatters G1 ein einzelner Impuls, der

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für eine Taktperiode lang erzeugt wird, wannimmer eine positive Flanke im Signal A vorliegt. In ähnlicher Weise ist das Ausgangssignal des NOR-Gatters G2 ein einzelner Impuls, der eine Taktimpulsperiode lang erzeugt wird, wannimmer eine negative Flanke im Signal A auftritt. Die Ausgänge der NOR-Gatter G1 und G2 sind mit A+ bzw. A- bezeichnet. Eine ähnliche Schaltung, die D-Flipflops oder bistabile Elemente L3 und L4 sowie NOR-Gatter G3 und G4 verwendet, ist mit dem Ausgang des Vergleichers C4 verbunden und erzeugt Ausgangssignale B+ und B- abhängig von den positiv und negativ v/erdenden Flanken im Ausgangssignal des Vergleichers C4„ Da die Ausgangssignale der Vergleicher C1 und C4 gewöhnlich in Phase mit dem Signal A bzw. B sein sollten, sind die Ausgangssignale der Vergleicher C1 und C4 tatsächlich durch A bzw. B in Fig. 4 bezeichnet, die die Signale A, A+, A-, B, B+ und B- darstellt. Der Zweck der Erzeugung von A und B liegt primär in der Erfassung der Bexvegungsrichtung des Meßblatfces, wie dies bereits erwähnt wurde, wobei A und B beide für Zählerstandzwecke in einer weiter unten genauer beschriebenen Weise verwendet werden. In Fig. 4 gelten die Teile der Signale A, A+, A-, B, B+ und B- nach links von der Richtungsänderungslinie für einen Aufwärts-Zählerstand, d. h. für eine positive Relativbewegung des Meßblattes,, während diejenigen Teile dieser Signale nach rechts von der Richtungsänderungslinie für einen Abwärts-Zählerstand vorliegen, d. h. für eine negative Bewegung des Blattes. Um die Richtung zu zählen und zu erfassen, werden die festen Signale A, Ä, A+, Ä-, B, B, B+ und B- durch NAND-Gatter G5 bis Gi2 in der folgenden Weise getastet;

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GATTFK AKTION

G5 A+ NAND B

G6 A- NMD B

G7 B+ NAND 5

G8 B- NAND A

G9 A+ NAND B

GlO A- NAND B

GIl B+ NAND A

Gl 2 B- NAND Ά"

Die Ausgangssignale der NAND-Gatter G5 bis G8 sind alle miteinander verdrahtet und mit einem Eingang eines NAND-Gatters G13 verknüpft, während die Ausgangssignale der NAND-Gatter G 9 bis G12 Miteinander verdrahtet und mit dem anderen Eingang des NAND-Gatters G13 verknüpft sind, der seine Eingangssignale zusammenzählt. Für die Eingänge der Gruppe der, NAND-Gatter G5 bis G12 werden die Signale A, A, B und B von den Ausgängen der bistabilen Elemente L2 und L4 abgeleitet.

Aus der Fig. 4 ist zu ersehen, daß die NAND-Gatter G5 bis G8 lediglich Ausgangssignale während eines Aufwärts- Zählerstandes erzeugen, während die NAND-Gatter G9 bis G12 nur Ausgangssignale während eines Abwärts-Zählerstandes abgeben. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters G13 besteht aus etwas, das in Fig. 4 als "Aufwärts-Zählerstand" gezeigt ist, zusätzlich etwas, das als "Abwärts-Zählerstand" dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Gatters G13 liegt am Zähleingang eines Zählers, der auch eine Aufwärts/Abwärts-Steuerleitung hat. Um Signale zur Steuerung der Aufwärts/Abwärts-Steuerleitung zu erzeugen, sind die Ausgänge der NAND-Gatter G5 bis G8 auch mit einem Eingang eines NAND-Gatters G14 mit drei Eingängen verbunden, das

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zusammen mit einem NAND-Gatter G15 ein bistabiles Element bildet, das ein Aufwärts/Abwärts-Ausgangssignal erzeugt, das durch F bezeichnet ist. Die Ausgänge der NAND-Gatter G9 bis G12 sind alle mit einem Eingang eines NAND-Gatters G15 verbunden, dessen anderer Eingang das Signal F empfängt und dessen Ausgang an einen weiteren Eingang des NAND-Gatters G14 angeschlossen ist. Der dritte Eingang des NAND-Gatters G14 empfängt ein Rücksetz-Signal vom Zähler, der kurz durch einen Inverter G16 beschrieben wird. Das Ausgangssignal des aus den NAND-Gattern G14 und G15 bestehenden bistabilen Elementes ist hoch, wenn der letzte Impuls "aufwärts" war, und niedrig, wenn der letzte Impuls "abwärts" war. Wenn der Zähler so angeordnet ist, daß er nach der Vorderflanke des Zählimpulses arbeitet, muß das aus den Gattern G14 und G15 bestehende bistabile Element entweder nach "aufwärts" oder nach "abwärts" um die Zeit gesetzt werden, in der ein Zählen erfolgt, wie weiter unten näher erläutert werden wird.

Die Ausgangsimpulse F werden durch den in Fig. 5 gezeigten Impuls-Verdoppler verdoppelt und dann zum Zähler 10 geschickt, der auch in Fig. 5 dargestellt ist. Es wurde bereits erläutert, daß es mit dem Auftreten eines Impulses im Ausgangssignal F für jede Bewegung des Maßstab-Blattes um 0,2 mm erforderlich ist, zwei Impulse für jeden Impuls im Zählausgang des Gatters G13 zu erzeugen, damit das Anzeige-Ablesen in mm beibehalten wird. Für diesen Zweck liegt das Zählsignal am einen Eingang eines NAND-Gatters G17, dessen Ausgangssignal als ein Taktimpuls zum Taktimpulseingang des D-Flipflops L5 gespeist ist. Das Q-Ausgangssignal des bistabilen Elements L5 wird zuerst zu dessen D-Eingang und sodann zu einem Eingang eines ODER-Gatters 18 gespeist, dessen anderer Eingang einen Taktimpuls empfängt und dessen Aus-

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gang zum anderen Eingang des NOR-Gatters G17 geführt ist. Das Q-Ausgangssignal des bistabilen Elements L5, das Ausgangssignal des Gatters G18 und das Ausgangssignal des Gatters G17 sind mit X bzw. Y bzw. Z bezeichnet, wobei das Ausgangssignal Z das Ausgangssignal der Schaltung ist und zwei Impulse für jeden Eingangsimpuls aufweist, wie dies aus dem in Fig. 6 gezeigten Signal zu ersehen ist. Gewöhnlich ist der Q-Ausgang des bistabilen Elements L5 auf einem hohen Pegel, der das NOR-Gatter G18 sperrt, so daß die am anderen Eingang des NOR-Gatters G18 empfangenen Taktimpulse keine Auswirkung haben. Wenn ein Zählinipuls am NOR-Gatter G17 vom Zählgenerator ankommt,, schaltet das Gatter G17 zurück in einen Zustand am Ende des Impulses. Die dann im Signal Z auftretende Rückflanke bewirkt, daß das bistabile Element L5 seinen Zustand ändert, was dazu führt, daß das Gatter G18 aufhört, gesperrt zu sein. Der nächste am Gatter G18 liegende Taktimpuls verläuft durch das Gatter G17 und tritt so in einem Signal Z auf, und dessen Rückflanke setzt das bistabile Element L5 zurück, das dann wiederum das Gatter G18 sperrt. Dadurch wird schließlich ein Taktimpuls vom Taktgenerator der Anordnung zusätzlich zu jedem durch den Impulsgenerator empfangenen Impuls gezählt.

Das Signal Z liegt am Zähleingang 20 des Zählers 10, dessen Ausgang zu einer Anzeige 11 über eine Gruppe von Transistoren 12 geführt ist. Die Anzeige 11 umfaßt eine Leuchtdiode D5, die bei Erregung ein negatives Vorseichen leuchtet und durch einen Transistor 13 von einer Schaltungsanordnung gesteuert ist, die auch die Richtung des Zählens des Zählers 10 steuert. Diese Schaltungsanordnung wird als eine um Null reflektierende Schaltungsanordnung bezeichnet, und eine ihrer Punktionen liegt darin, den Zähler - wenn abwärts gezählt - der Folge 2, 1, O, -1, -2 anstelle der Folge 2, 1,0, 9999, 9998 folgen zu lassen. Zu

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diesem Zweck wird ein Übertragen/Borgen-Ausgang 21 des Zählers 10 verwendet, und dieser Ausgang ist eine Funktion des Zähleraufbaues, und er ist nur dann hoch, wenn der Zählerstand 0000 beträgt und der Zähler abwärtszählt oder wenn der Zählerstand 1111 ist und der Zähler aufwärtszählt· Somit ist gewöhnlich der Übertragen/Borgen-Ausgang 21 niedrig, und dieses Ausgangssignal wird über ein NAND-Gatter G26 und einen Inverter G25 eingespeist, dessen Ausgang so auch gewöhnlich niedrig ist. Der Ausgang des Inverters G25 ist mit entsprechenden Eingängen von NAND-Gattern G23 und G24 verbunden, deren Ausgänge an entgegengesetzte Eingänge der NAND-Gatter G21 und G22 angeschlossen sind, die zusammengeschaltet sind, um ein bistabiles Element zu bilden. Der Ausgang des NAND-Gatters G23 ist auch mit dem anderen Eingang des NAND-Gatters G24 verbunden, während der andere Eingang des NAND-Gatters G23 das Richtungs-Steuersignal F empfängt. Das Richtungs-Steuersignal F und das Ausgangssignal des NAND-Gatters G21, das das Ausgangssignal des aus den NAND-Gattern G21 und G22 gebildeten bistabilen Elementes darstellt, sind zu den Eingängen eines Gatters G20 geführt. Der Ausgang des Gatters G20 ist zuerst über einen Inverter G27 mit der Aufwärts-Abwärts-Steuerung 22 des Zählers 10 und an zweiter Stelle mit dem anderen Eingang des NAND-Gatters G26 verbunden= Wenn im normalen Betrieb das übertragen/Borgen-Signal niedrig und so das Ausgangssignal des Inverters G25 niedrig ist, sind die Gatter G23 und G24 gesperrt, so daß der Zustand des durch die Gatter G21 und G22 gebildeten bistabilen Elementes nicht geändert werden kann. Für Rücksetzzwecke liegt ein Schalter 23 an einem Kondensator 24, der zwischen Erde und einem Löscheingang 25 des Zählers 10 angeschlossen ist.

Beim Einschalten wird der am Kondensator 24 er-

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zeugte Rücksetzimpuls zum Gatter G1 4 gespeist, und er gewährleistet, daß das Ausgangssignal des Gatters G14, d. h. das Signal F, im hohen Zustand ist. Das durch die Gatter G21 und G24 gebildete bistabile Element kann in einem eingeschalteten Zustand sein, und es wird zunächst angenommen, daß das Ausgangssignal des Gatters G21 hoch ist, so daß das Ausgangssignal des Inverters G27 entsprechend einem Aufwärts-Zählen hoch ist; der Ausgang dieses Inverters ist mit dem Eingang 22 verbunden, wie dies bereits oben erwähnt wurde. Wenn dann das Blatt ausgefahren wird, zählt der Zähler 10 aufwärts, wobei das in Fig. 5 gezeigte bistabile Element im beschriebenen Zustand bleibt. Wenn das Blatt des Maßstabes dann in sein Gehäuse zurückgestoßen wird, kehrt das durch die Gatter G14 und G15 gebildete bistabile Element seinen Zustand um, und folglich wird der Pegel des Signales F niedrig. Dieses liegt tatsächlich am Gatter G20, so daß dessen Ausgangssignal hoch wird, und das Ausgangssignal des Inverters G27 wird niedrig, wodurch der Zähler 10 abwärtszählt, wie dies angestrebt wird. Die Anordnung zählt weiter abwärts, bis der Zählerstand 0000 erreicht, und in diesem Punkt wird das am Übertragen/Borgen-Ausgang 21 liegende Signal hoch. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal des Inverters G25 hoch. Die Eingangssignale an den Gattern G23 und G24 gewährleisten dann, daß das Ausgangssignal des Gatters G23 hoch ist, vzährend dasjenige des Gatters G24 niedrig ist. Dies ändert den Zustand des aus den Gattern G21 und G22 gebildeten bistabilen Elementes, und das Ausgangssignal des Gatters G21 wird niedrig. Als Ergebnis des niedrig werdenden Ausgangssignales des Gatters G21 ändert sich das Ausgangssignal des Gatters G27 in den hohen Zustand, und der Zähler beginnt wieder aufwärts zu zählen. Auch erregt das Ausgangssignal des Gatters G21, das mit dem Transistor 13 verbunden ist, die Diode D5, und gewährleistet, daß das negative Vorzeichen beleuchtet wird.

Wenn beim Einschalten der Zustand des aus den Gattern

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G21 und G22 gebildeten bistabilen Elementeis derart ist, daß das Ausgangssignal des Gatters G21 in seinem niedrigen Zustand beim Starten eines Aufwärts-Zählens ist, gewährleistet das Ausgangssignal über das Gatter G26, daß dieses bistabile Element seinen Zustand schaltet.

Fig. 5 zeigt auch die Ansteuerung für die Anzeige 11, die jedoch nicht näher erläutert wird, da sie von herkömmlicher Art ist.

Anhand der Fig. 3 wird nun die Fehler- oder Störungserfassungsschaltung der Anordnung näher erläutert. Die Betriebsart der Fehlererfassungsschaltung ist derart, daß die Zählsignale jedes Kanales verwendet werden, um die tatsächlichen Signale des anderen Kanales abzutasten.

Im einzelnen werden die Ausgangssignale der Gatter G1 und G2, d. h. die Signale A+ und A-, beide zum NAND-Gatter G13 gespeist, dessen Ausgangssignal daher aus A+ und A- besteht, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Signale treten ungefähr in einer Linie mit den Höchstwerten der Signale B und B des anderen Kanales auf. In ähnlicher Weise werden die Ausgangssignale der Gatter G3 und G4, d. h. die Signale B+ und B-, beide zu einem NAND-Gatter G3O gespeist, dessen Ausgangssignal daher aus den Signalen B+ und B- besteht (vgl. Fig. 4), die bei den Höchstwerten der Signale des Kanales A auftreten.

Jedes der Signale A, Ä, B und B wird in der Größe durch einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen R3 und R4 geteilt, der in Reihe zwischen diesem Signal und einer Bezugsspannung liegt. Wenn angenommen wird, daß das Bezugsverhältnis den Wert η hat, so erzeugt dieser daher die Signale nA, nA, nB und nB", Die Signale A und nA werden zu den Eingängen des Vergleichers C2 gespeist, die Signale A und nA werden zu den Eingängen des Vergleichers C3 gespeist, die Signale

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B und nB werden zum Eingang der Eingänge des Vergleichers C5 gespeist, und die Signale B und nB werden zu den Eingängen des Vergleichers C6 gespeist. Die Ausgangssignale der Vergleicher C2 und C3 werden durch ein NAND-Gatter G32 getastet, während die Ausgangssignale der Gatter C5 und C6 durch ein NAND-Gatter G34 getastet und die Ausgangssignale der Gatter G32 und G34 durch einen Inverter G33 bzw. G35 invertiert oder umgekehrt werden» Unter Berücksichtigung des an den Signalen des A-Kanales bewirkten Vergleichs wird der Faktor η so gewählt, daß nA bei seinem Höchstwert immer größer als der entsprechende Mindestwert des Signales A ist, das gleichzeitig auftritt, und in ähnlicher Weise ist nÄ bei seinem Höchstwert immer größer als der entsprechende Mindestwert des Signales A, das gleichzeitig auftritt. Als Ergebnis ist eines der Ausgangssignale der Vergleicher C2 und C3 immer bei OV, so daß das Ausgangssignal des Gatters G33 niedrig bleibt. Wenn in ähnlicher Weise angenommen wird, daß kein Fehler vorliegt_f bleibt das Ausgangssignal des Gatters G35 niedrig, \?enn die B-Kanal-Signale befriedigend sind. Das Äusgangssignal des Gatters G33 wird zum D-Eingang eines D-Flipflops oder bistabilen Elements L7 gespeist; das Q-Ausgangssignal des bistabilen Elements L 7 ist zu einem Eingang eines Gatters G38 und außerdem zu einem Eingang eines Gatters G37 geführt, dessen anderer Eingang das Ausgangssignal des Gatters G30 empfängt,, Das Ausgangssignal des Gatters G30 dient als der Taktimpuls des bistabilen Elements L7. In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal des Gatter-Inverters G35 zum D-Eingang des bistabilen Elements L6 gespeist, dessen Q-Ausgangssignal zum anderen Eingang des Gatters G3S und zu einem Eingang eines Gatters G36 geführt ist, das auch das Ausgangssignal des Gatters G31 aufnimmt= Wiederum wird das Ausgangssignal des Gatters G36 als das Takt-Eingangssignal des bistabilen Elements L6 verwendet.

Wie oben anhand des normalen Betriebs erläutert wurde,

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sind die Ausgangssignale der Inverter G33 und G35 niedrig, wenn ein Taktimpuls ankommt und die bistabilen Elemente L6 und L7 überhaupt nicht beeinflußt werden. Es sei nun angenommen, daß ein Fehler auftritt, da ein großes Stück eines Schmutzes an dem Blatt haftet, indem es eine schwarze Fläche auf dem Blatt bildet. Es sei außerdem angenommen, daß diese mechanische schwarze Fläche den Sensor im Kanal A zuerst erreicht und die Auswirkung einer Verringerung der Amplitude der Sinuswelle A und auch der Sinuswelle nA hat. Dies ist eine in Fig. 8 dargestellte Situation. Wenn sich die schwarze Fläche schrittweise in die Fläche des Kanales A bewegt, wird die Sinuswelle A schrittweise in der Amplitude verringert, und es wird eventuell die in Fig. 8 mit X bezeichnete Situation erreicht, d. h., der Höchstwert des Signales nA ist kleiner als der gleichzeitige Mindestwert des Signales A. Wenn dies eintritt, sind die Ausgangssignale der Vergleicher C2 und C3 gleichzeitig hoch, so daß das Ausgangssignal des Inverters G33 hoch ist. Wie bereits erläutert wurde, tritt ein Ausgangsimpuls am Ausgang des Gatters G3O zu der Zeit des Höchstwertes des Kanales A auf, und folglich wird das bistabile Element L 7 getaktet, während sein D-Eingangssignal auf einem hohen Wert ist. Damit ändert das bistabile Element L 7 den Zustand, ein Fehler-Ausgangssignal wird durch das Gatter G38 erzeugt, und das bistabile Element L7 bleibt in diesem Zustand, bis es rückgesetzt wird, wozu eine Rücksetz-Leitung mit diesem verbunden ist, wie dies beim bistabilen Element L6 der Fall ist.

Da durch Definition nA immer kleiner als A ist, wird das Fehler-Ausgangssignal immer ausgelöst, bevor ein tatsächlicher Fehler eine Fehlfunktion der Anlage verursacht.

Die Fehlererfassungsschaltung arbeitet in gleicher

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Weise vorteilhaft, wenn eine der schwarzen Linien oder mehrere schwarze Linien fehlen, und diese Situation wird durch Fig. 9 dargestellt. Wenn eine Anzahl schwarzer Marken fehlt, steigt der Gleichstrompegel der Signale an, und die Amplitude der Sinuswellen nimmt ab, wenn sich die Fläche der fehlenden Marken unter jedem Sensor bewegt. In diesem Beispiel wird angenommen, daß dies für das Signal A eintritt. Da der Gleichstrompegel des Signales A ansteigt und die Wechselstromamplitude abfällt, gibt es einen Punkt, in dem der Mindestwert des Signales A aufhört, kleiner zu sein als der momentane Hochstwert von nA. Wenn dies eintritt, wird das Ausgangssignal des Gatters G33 hoch, und ein Fehler wird angezeigt, wie dies oben erläutert wurde.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Fehlererfassungsanordnung, die oben erläutert wurde, mit jeder Signalamplitude ohne jede Änderung für die Bauteile arbeitet, sofern der Nennwert der Ausgangssignale der vier Sensoren gleich ist. Dies beruht darauf, daß die Grenzen der Amplitude durch die Betriebsgrenzen der Operationsverstärker festgelegt sind, und dies ist eine sehr nützliche Eigenschaft zum Abwenden von Herstellungsproblemen.

In der Praxis bestimmen die an den Vergleichern Ci und C2 liegende Hysterese und die Bezugsspannung aller Vergleicher das Mindestsignal, das als zuverlässig angesehen werden kann= Obwohl es schwierig ist, sich einen Zustand vorzustellen, in dem alle vier Kanäle so beeinflußt sind, daß die Äusgangssignale gleichzeitig abfallen, kann die Schaltung dennoch so aufgebaut werden, daß sie an diesen Zustand angepaßt ist. Wenn bei fallenden Wechselstromamplituden alle vier Signale im Pegel um eine kleine Gleichspannung angehoben werden, wird die Gleichspannung steigend bedeutender bis die Stellung erreicht

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ist (vgl. Fig. 9), in der nA kleiner als A beim Höchstwert von nA ist, obwohl A und A bei identischer Amplitude um etwa 180° phasenverschoben sind. Um dieses Gleichstrompotential zu erzeugen, das als Basis bezeichnet werden kann, ist das Ende jedes Spannungsteilers, das durch das vom Vergleicher entfernte Ende des Widerstandes R4 gebildet wird, mit einer Bezugsspannung verbunden, die in zweckmäßiger Weise die Emitterspannung des Transistors T5 sein kann, der in Fig. 1 dargestellt ist.

Die als Teil der Fig. 3 gezeigte Fehlererfassungsschaltung erfaßt auch Verschiebungen in der relativen Phase der Signale, die aufgrund von Linien auftreten können, die unrichtig auf das Band, beispielsweise während eines Gleitens, beim Drucken gedruckt sind. Die Art und Weise, in der dies erfaßt wird, wird im folgenden anhand der Fig. 1O erläutert, in der angenommen wird, daß das Signal ä um 90° phasenverschoben ist, daß jedoch die Signale A, B und B in der gleichen Phase bleiben, und daß sich die Amplitude aller vier Signale nicht ändert. Es ist zu ersehen, daß sich die Ausgangssignale der Vergleicher C2 und C3 an verschiedenen Punkten aufgrund der Phasenverschiebung ändern - an erster Stelle infolge der Phasenverschiebung zwischen A und A und an zweiter Stelle infolge der Phasenverschiebung zwischen nA und A. Als Ergebnis sind die Vergleicher C2 und C3 gleichzeitig positiv für eine kurze Zeitdauer; jedoch wird wiederum kein Fehlersignal erzeugt, wenn nicht dieses gleichzeitig mit einem der vom Kanal B erzeugten Abtastimpulse auftritt. Wenn sich das Signal A tatsächlich um 90° bewegt, dann bewegen sich die Kreuzungspunkte der Signale A und A tatsächlich um weniger als 90 , und es wird kein Fehler erfaßt, da der Äbtastimpuls des Punktes X1 gerade vor dem Zeitpunkt auftritt, wenn beide Vergleicher ein positives Ausgangssignal erzeugen. Bei X2 wird klar kein Fehler erfaßt. Wenn jedoch Ä und A nicht absolut identisch in der Amplitude sind, dann

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- ΈΤΙ*

erfaßt ein Abtasten beim Punkt X1 tatsächlich einen Fehler. Wenn eine Phasenverschiebung von B in der entgegengesetzten Richtung zu einer Phasenverschiebung in B auftritt, was tatsächlich einen Fehler darstellt, der leicht einen Zählfehler verursacht, dann sind die Abtaststellungen von den Kanälen B und X2 und X1 nach rechts, um ein zu erfassendes Fehlersignal hervorzurufen.

Tatsächlich kann ein Fehler der Phase oder Amplitude, von denen einer selbst zur Verursachung einer Fehlererfassung nicht ausreichend sein kann, zusammen eine Fehlerer fassungnervorrufen, was vorteilhaft ist, da ein solcher Zustand zu einem Zählfehler führen kann. Die Fehlererfassung kann verwendet werden, um eine Blitz-Anzeige zu bewirken.

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Fig. 1	Bauelement-Typ T₁ bis T, BC214	BC184	Hersteller Texas
	^T5	TIL32	Texas
	η bis T)₁ ^l 4	LM324	Texas
	A-, bis A₄	LPTlOOA	National
	PT-, bis PT₄	LM339	Litronic
FiR. 3	C bis C₆	MC14011	National
	1 ° Alle NAND-Gatter und Inverter	MC14001	Motorola
	Alle NOR-Gatter	MC14013	Motorola
	L, bis Lr₇ -JL /		Motorola
Fig. 5	Alle NAND-Gatter	MC14011
	und Inverter	MC14001	Motorola
	Alle NOR-Gatter	MClA013	Motorola
	^L5	MC14077	Motorola
		BFR81	Motorola
	Transistoren	MSB5882	Texas
	Anzeige 11	2N1040E	National
	Zähler 10	BC184	Ferranti
	Ansteuerglied	MC14020	Texas
	Dividierer	Motorola

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Anordnung zum Messen einer Verschiebung, mit

- zwei Sensoren, die in fester Beziehung zueinander angeordnet sind,

- einem Glied, das relativ bezüglich jedes Sensors beweglich und angeordnet ist, um durch den Sensor erfaßt zu werden, so daß eine Relativbewegung des Gliedes in einer gegebenen Richtung eine Anzahl zyklischer Änderungen eines Ausgangssignales von dem Sensor erzeugt, wobei die Anzahl proportional zur Größe der Relativbewegung ist,,

- i-robei die Sensoren im wesentlichen um 180° zueinander phasenverschoben sind, so daß, wenn das Signal von jedem Sensor bei seinem hohen Wert ist, das Signal vom anderen Sensor bei seinem niederen Wert ist, und umgekehrt,

- einer Differenz-Meßeinrichtung, die mit den Sensoren verbunden ist, um ein Differenzsignal abhängig von den Signalen der Sensoren zu erzeugen, und

- einerZähleinrichtung_f die mit der Differenz-Meßeinrichtung verbunden ist und auf das Differenzsignal anspricht, um die Zyklen der Relativbewegung des Gliedes zu zählen,

gekennzeichnet

durch

- eine Äbtasteinrichtung (G30_r G27, L7) zum Abtasten der Signale (A, Ä") von den beiden Sensoren (PT1 „ PT2) während der Zeit, in der das eine bei seinem hohen Wert

67-(LHG 225P38684)-E

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das andere bei seinem niederen Wert ist und umgekehrt, und zum Erzeugen eines Fehlersignales, wenn das Verhältnis der Größen der beiden Signale bei einer Abtastprobe außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Sensoren (PT1, PT2) Lichtsensoren sind, und

- daß das Glied das durch die Sensoren (PT1, PT2) empfangene Licht zyklisch abändern kann.

3. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Glied mit einer Reihe lichtdurchlässiger Bereiche ausgestattet ist, die mit einer Reihe dunkler Bereiche abwechseln.

4. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das Glied mit einer Reihe lichtreflektierender Bereiche ausgestattet ist, die mit einer Reihe nichtreflektxerender Bereiche abwechseln=

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

- wenigstens ein weiteres Paar von Sensoren (PT3, PT4) , wobei die Sensoren wechselseitig verschiedener Paare (PT1 .und PT2, PT3 und PT4) zueinander um einen Phasenwinkel phasenverschoben sind, der im wesentlichen von 0° und 180° verschieden ist,

- eine Differenz-Meßeinrichtung (C1, C4) für jedes Paar der Sensoren, und

- eine Kichtungs-Erfassungseinrichtung (G5 bis G12), die mit der Differenz-Meßeinrichtung (CI, C4) verbunden ist, «ja die Richtung einer Relativbewegung des Gliedes zu bestinsaen.

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-JT-

6. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Sensoren (PT1 bis PT4) in einer Anzahl vier vorliegen und in zwei Paaren angeordnet sind, wobei ein Paar um 90° phasenverschoben vom anderen Paar ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Abtasteinrichtung (G30, G27, L7) ausgelöst wird, um eine Probe für ein Paar der Sensoren (PT1 bis PT4) abhängig von einer Änderung in der Polarität des Differenzsignales zu nehmen, das durch die Differenz-Meßeinrichtung (C1, C4) erzeugt ist, die mit dem anderen Paar der Sensoren (PT1 bis PT4) verbunden ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der lediglich ein Paar von Sensoren vorgesehen ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Abtasteinrichtung (G3O, G27, L7) aufweists

- einen Spannungsteiler zwischen dem Ausgang jedes Sensors und einer Bezugsspannung, wobei die Spannungsteiler gleich sind,

- einen ersten und einen zweiten Vergleicher, von denen der erste Vergleicher das Ausgangssignai eines Sensors und das Ausgangssignal des mit dem anderen Sensor verbundenen Spannungsteilers empfängt, während der zweite Vergleicher das Ausgangssignal des anderen Sensors und das Ausgangssignal des mit dem einen Sensor verbundenen Spannungsteilers aufnimmt,

- eine Einrichtung, einerseits zum Erfassen, wenn das Ausgangssignal eines der Sensoren bei einem Höchstwert ist, während das andere einen Mindestwert hat, und andererseits zum Erzeugen eines Abtastsignales, wenn dies eintritt , und

- eine Einrichtung zum Erfassen, wenn die Ausgangssignale der beiden Vergleicher bei Vorliegen eines Abtastsigna-

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les den gleichen Zustand haben.

9. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Abtasteinrichtung aufweist:

- einen Spannungsteiler (R3, R4) zwischen dem Ausgang jedes Sensors jedes Paares und einem gemeinsamen Bezugspotential, wobei die Spannungsteiler für jedes Sensorpaar gleich sind,

- eine Einrichtung (L1, L2, G1 , G2, G3; L3, L4, G3, G4; G3O) zum Erzeugen eines Abtastsignales, wenn das Differenzsignal dieses Sensorpaares einen Zustand ändert,

- einen ersten und einen zweiten Vergleicher (C2 und C3; C5 und C6), von denen der erste Vergleicher das Ausgangssignal des einen Sensors des Paares und das Ausgangssignal des mit dem anderen Sensor des Paares verbundenen Spannungsteilers empfängt, während der zweite Vergleicher das Ausgangssignal des anderen Sensors des Paares und das Ausgangssignal des mit dem einen Sensor des Paares verbundenen Spannungsteilers empfängt, und

- eine Fühlereinrichtung (G32, G34) zum Erfassen, wenn das Ausgangssignal der beiden diesem Sensorpaar zugeordneten Vergleicher den gleichen Zustand im Zeitpunkt der Erzeugung des dem anderen Sensorpaar zugeordneten Abtastsignales hat.

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