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Umsetzer zum Erzeugen von Analogsignalen aus einer ziffernmässigen Information
Die Erfindung betrifft Umsetzer, um Zifferninformationen in analoge Informationen umzusetzen.
Viele automatische Steuervorrichtungen beispielsweise zur Steuerung von Werkzeugmaschinen benö- tigen eine Eingangsinformation für die Servovorrichtung u. dgl. in elektrisch analoger Form, wobei die- se Eingangsinformation von einer geometrischen Aufzeichnung einer derartigen Information erhalten wird.
Es kann indessen vom Gesichtspunkt der Genauigkeit vorzuziehen sein, die Informationen in Ziffernform aufzuzeichnen, so dass ein Mittel, die Ziffernform in analoge Formen umzusetzen, benötigt wird. Ausser- dem ist es oft zweckmässig, einen binären Dezimalschlüssel zur Aufzeichnung der Eingangsinformation zu verwenden. Offensichtlich darf die bei der Aufzeichnung der Information in Ziffernform beachtete
Genauigkeit nicht bei der Umsetzung in die analoge Form verloren gehen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, verbesserte Mittel vorzusehen, um eine Zif- ferninformation in eine analoge Form umzuwandeln unter dem Gesichtspunkt, eine genaue Umwandlung zu erhalten, wobei die Mittel insbesondere aber nicht ausschliesslich dort anwendbar sind, wo die Zifferninformation in einer binären Dezimalschlüsselform ist.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist ein Umsetzer zum Erzeugen von Analogsignalen aus einer ziffernmässigen Information durch eine Auswahlschaltung für jede Stelle der Information gekennzeichnet, die aus einer Reihe von jeder der möglichen Ziffern zugeordneten Wechselspannung verschiedener Amplitude diejenige auswählt, die der jeweiligen Ziffer der betreffenden Stelle entspricht, durch eine Schaltung zur Herabsetzung der Amplitude jeder der ausgewählten Wechselspannungen in einem Verhältnis, das dem ziffernmässigen Abstand der betreffenden Stelle von einer vorbestimmten Stelle der Information entspricht und durch eine Schaltung zur Summierung der herabgesetzten Wechselspannungen.
Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung sind die Mittel zur Pegeleinstellung in den Additionsmitteln enthalten und sind in Folgeform von Ziffernplatz zu Ziffemplatz wirksam.
Zum besseren Verständnis und um sie leicht ausführen zu können, soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführung der Erfindung darstellt, näher beschrieben werden.
Eine Eingangsinformation wird von einem gelochten Band durch eine Bandablesevorrichtung mit vier Kontakten al, a2, a3 und a4 (Fig. 1) erhalten, um simultan die allfälligen Lochungen in vier Parallelspuren auf dem Band abzutasten. Es sind nur vier Spuren erforderlich, um eine Folge von dezimalen Ziffern in binärer Form zu definieren. Das Band kann indessen noch weitere Spuren für Anweisungen enthalten, die sich auf Vorrichtungen beziehen, welche mit dem zu beschreibenden Umsetzer zusammengehören.
In der folgenden Beschreibung wird eine binäre Ziffer 1 auf dem Band durch ein Loch dargestellt.
Die Bandablesekontakte al, a2, a3 und a4 sind über Eingangsklemmen AI, A2, A3 und A4 und die Leitungen P1, P2, P3 und P4 jeweils mit einer von fünf Relaiseinheiten a-e (Fig. la und lb) verbunden.
Diese Relaiseinheiten haben jede die gleiche Konstruktion und Wirkungsweise, so dass nur die eine, welche direkt mit den Kontakten al, a2, a3 und a4 verbunden ist, in den Einzelheiten dargestellt ist (a), während die übrigen vier mit den Kontakten al, a2, a3 und a4 durch die Leitungen P 1, P2, P 3 und P4 verbunden und in Blockform dargestellt sind.
Die Relais und die Schaltung einer jeden Relaiseinheit sind, wie dargestellt, ausgeführt. Eine vollständige Beschreibung derartiger Schaltungen kann in der brit. Patentschrift Nr. 796, 993 und der brit. P atentschrift Nr. 807,643 gefunden werden. Die Relais sind mit RLA, RLB, RLC und RLD, die Umschaltkon-
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takte dieser Relais sind mit RLA1, RLA2, usw. bezeichnet. Die Bezugszeichen MR1 bis MR12 bezeichnen Metallgleichrichter.
Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der Relaisschaltungen wird angenommen, dass der Bandableser a4 (Fig. la) ein Loch abfühlt, welches den Wert"r* darstellt und so einen positiven Ziffernimpuls auf die Klemme A4 vom positiven Pol einer Gleichstromquelle überträgt. Gleichzeitig mit diesem Abfühlvorgang wird ein ähnlicher Lageimpuls, aber von negativer Polarität von der Klemme A6 übertragen, die normalerweise mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle, verbunden ist, so dass ein Strom über die Gleichrichter MR12 und MRIO fliesst, der das Relais RLD speist.
Eine Speisung des Relais RLDlässtden Schalter RLDI seine Stellung ändern, so dass, wenn der Abfühlvorgang des Bandablesers a4 beendet ist und die Klemme A6 auf das positive Gleichstrompotential zurückgeht, während der Bandableserkontakt a4 geöffnet ist, die Speisung des Relais RLD durch Leitung von A6 über den Gleichrichter MRllzum negati- ven Pol der Gleichstromquelle fortdauert. Die Gleichrichter MR12 und MR10 sperren, wenn der Abfühlvorgang beendet ist.
Wenn während des folgenden Abfühlvorgangs dieser Relaiseinheiten eine"0"durch die Bandleserkon-
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ein negativer Lageimpuls an die Klemme A6 angelegt, welcher die Speisung des Relais RLD aufhebt, indem er den Gleichrichter MR11 sperrt.
So wird jede binäre Zahl die an den Bandablesern al, a2, a3 und a4 gleichzeitig mit einem Lageimpuls bei A6 einen entsprechenden Zustand der Relais RLA, RLB, RLC und RLD und einen resultierenden Zustand der abhängigen Relaisschalter, der für jede binär verschlüsselte Dezimalzahl einmalig ist, hervorrufen.
Die Kontakte der Relais sind, wie dargestellt, mit zehn Sammelleitungen BI bis BIO verbunden, die ihrerseits mit Abgriffspunkten eines Autotransformators TR4 verbunden sind, so dass sie auf Wechselpotentialen der gleichen Phase gehalten werden. Dieser Autotransformator TR4 wird durch eine BezugsWechselspannungsquelle S erregt und die Anzapfpunkte des Autotransformators sind so gewählt, dass gleiche Potentialdifferenzen zwischen aufeinanderfolgenden Anzapfleitungen Bl-B10 in dieser Reihenfolge vorhanden sind.
Die Verbindungen der Relaisschaltkontakte zu den Abzapfleitungen sind so gewählt, dass, wenn die Abtastung einer binären Darstellung einer Dezimalziffer auf einem Band eine Speisung der Relais hervorruft, die Leitung P7 über den Kontakt RLD2 des Relais RLD und über die andern Relaiskontakte ein Wechselpotential, das analog der Dezimalziffer ist, die andern Schaltarme von der entsprechenden Anzapfleitung erhält. So werden beispielsweise beim Abfühlen der binären Zahl 0101, die der Dezimalzahl 5 äquivalent ist, die Relais RLB und RLD erregt, so dass die Anzapfleitung B6 über die Kontakte RLB4, RLC3, RLD2 und die Sekundärwicklung des Transformators TR2 (im folgenden beschrieben) mit der Ausgangsklemme A5 verbunden ist.
Ein zweiter Autotransformator TR1 ist an seinen Enden mit der Spannungsquelle S verbunden und hat acht Anzapfpunkte, so dass zehn Anzapfleitungen P8 bis P 17 von ihm abgehen, ebenso wie BI bis BIO mit
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transformators TR4 zu verhindern. Die restlichen vier Relaiseinheiten (Fig. lb) haben dieselbe Bauart wie oben beschrieben und geben die Lageimpulse aufeinanderfolgend an die Klemmen A7, A8, A9 und A10 nach einem Abfühlvorgang in der Relaiseinheit e.
Die fünf Relaiseinheiten haben gemeinsam positive und negative Gleichstromversorgung längs der Leitungen P5 und P6. Die Arbeitsweise der restlichen vier Relaiseinheiten ist die gleiche, wie oben beschrieben, insofern als jede dieser vier Einheiten die Auswahl eines Potentials aus den Anzapfleitungen P8 bis P17 durchführt, das analog zu der binär verschlüsselten Dezimalzahl ist, die durch diese Einheit abgefühlt wird. Indessen wird die Ausgangsspannung der letzten Einheit e von ihrem Kontakt RLD2 zu der Primärwicklung eines Transformators TR3 geführt, dessen Sekundärwicklung in Serie mit der Primärwicklung eines gleichen Transformators TR3 liegt, der zu der benachbarten Relaiseinheit d gehört.
Die Sekundärwicklung des zweiten Transformators TR3 ist in Serie mit der Primärwicklung eines dritten Transformators TR3 geschaltet, der zu der mittleren Relaiseinheit c gehört, wobei die Sekundärwicklung dieses dritten Transformators TR3 in Serie mit der Primärwicklung eines gleichen Transformators TR2 liegt, der zur ersten Relaiseinheit b gehÏrt.
Jeder der drei Transformatoren TR3 und des Transformators TR2 hat ein Untersetzungsverhältnis von 10 : 1, und sie sind sämtliche gleichgeschaltet, mit der Ausnahme, dass ein Ende der Sekundärwicklung des TR2 mit der Ausgangsklemme A5 (Fig. la) verbunden ist. Wenn so fünf Dezimalzahlen in binärer Verschlüsselung aufeinanderfolgend durch die Bandableser al bis a4 abgefühlt werden, während die entsprechenden Lageimpulse in Aufeinanderfolge an die Klemmen A6 bis AIO angelegt werden, dann machen die fünf Relaiseinheiten eineFolgeauswahl von fünf Potentialen analog den fünf binär verschlüsselten De-
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zimalziffern. Diese Wechselpotentiale werden aufrecht erhalten, bis sie durch eine Folge von fünf weiteren Abfühlvorgängen gelöscht werden.
Zunächst aber haben die Transformatoren die Wirkung, dass von rechts nach links das fünfte Ziffernanalogenpotential im letzten TR3 bezüglich der Amplitude um einen Faktor 10 verkleinert und zu dem vierten Ziffernanalogenpotential hinzugefügt wird, wobei diese Potentialsumme in der Amplitude wieder um einen Faktor 10 hinabgesetzt wird. Dieser Vorgang wird wieder in dem dritten Transformator TR3 wiederholt und wiederum in dem Transformator TR2, wo die zweiten bis fünften Ziffernpotentialanalogen, nachdem sie auf einen zu ihren entsprechenden Dezimalziffernplät- zen passenden Pegel hinuntergesetzt und zusammen addiert sind, schliesslich zu der Potentialanalogen der ersten Ziffer in der Sekundärwicklung des Transformators TR2 addiert werden, wobei diese Endsumme zu der Ausgangsklemme A5 geführt wird.
Natürlich stellt das Signal an der Klemme A5 erst dann das Endanalogensignal dar, wenn die letzte Ziffer abgefühlt ist und kann nicht vor diesem Zeitpunkt verwendet werden.
Diese endgültige, von A5 erhaltene Ausgangssumme kann dazu verwendet werden, dem Steuersignal für eine Servovorrichtung SM hinzugefügt zu werden, das in diesem Falle an einen Verstärker SA zusammen mit einem andern Signal gleicher Phase, aber entgegengesetzter Polarität, das von einer analogen Einheit erhalten ist, angelegt wird. Der Servoverstärker SA richtet die Eingangssignale gleich, bevor oder nachdem diese addiert sind, um ein Gleichstromsignal zum Antrieb eines Servomechanismus SM zu er- halten, das beispielsweise dazu verwendet werden kann, um eine Komponente des Vorschubes einer Werk- zeugmaschine einzustellen. Die Analogeneinheit AU dient dazu, ein Rückkopplungssignal zu erhalten, welches der Stellung der Werkzeugmaschine in jedem Zeitpunkt entspricht.
Die Kontakte SW1 bis SW10 eines Wählers SW (Fig. la) können mit Bl bis BlO verbunden werden, wobei der Schalter eine Bürste oder einen entsprechenden Teil enthält, der durch den Servomechanismus
SM angetrieben wird, um eine der Ziffer vom höchsten Stellenwert in der Zifferninformation proportiona- le Spannung zu erhalten.
Das endgültige Analogeneinheitenausgangssignal kann dadurch erzeugt werden, dass man zu dem
Signal von der Bürste W mit Beiträgen summiert, welche die restlichen Dezimalziffern darstellen, die von getrennten in Kaskade angeordneten Schaltern oder Transformatoren erhalten werden, wie beispielsweise in der brit. Patentschrift Nr. 802472 beschrieben.
Beim oben beschriebenen Vorgang kann ein Analogensignal erhalten werden, das als grösste Zahl 99999 darstellt (wobei die Möglichkeit eines Dezimalpunktes nicht berücksichtigt ist), wenn indessen die höchste Zahl, die an einem Punkte benötigt wird, beispielsweise 49999 wäre, dann ist der Bereich der Ziffer höchsten Ranges von 0 bis 4. So können Potentiale an den Leitungen Bl bis B9 (Fig. la) als Ziffern von 0 bis 4 darstellend betrachtet und abwechselnd verwendet werden, d. h. eine Ziffer 3 vom höchsten Rang beispielsweise, die auf dem Band aufgeschlüsselt ist, würde die linke Relaiseinheit veranlassen, ein Potential aus der Sammelleitung B6 auszuwählen. Dies kann dadurch erfolgen, dass man die Verbindung von den entsprechenden Relaisschaltkontakten zu verschiedenen Sammelleitungen, wie benötigt, wechselt.
In dem vorgenannten Falle kann das Relais RLA und die zugehörige Schaltung mit der linken Relaiseinheit weggelassen werden. Als Ergebnis der Beschränkung des Bereiches der Ziffer vom höchsten Rang würde der Transformator TR2 nicht dasselbe Untersetzungsverhältnis haben, wie die drei Transformatoren TR3, und im obigen Falle würde dieses Verhältnis 5 : 1 sein.
In einer wahlweise zu verwendenden Anordnung des Umsetzers können die Sammelleitungen Bl bis BlO mit dem Transformator TR1 gemäss der franz. Patentschrift Nr. 1. 168. 322 verwendet werden. In diesem Falle muss der Transformator TR1 aus der bezügliche Stromquelle unabhängig von den Leitungen Bl bis BlO gespeist werden.
Bei der Verwendung des erhaltenen Analogensignals aus Klemme A5 können, um zu einem Steuersignal für die Steuerung einer Werkzeugmaschinenkomponente beizutragen, andere Signale von dem Band abgenommen werden und in ähnlicher weise in analoge Form gebracht werden und das Steuersignal durch Interpolation unter den einzelnen so erhaltenen Signalen erzeugt werden. In diesem Falle sind die Leitungen Bl bis BIO allen Umsetzern gemeinsam, und es wurde gefunden, dass das Hilfsmittel, gemeinsame Leitungen für die Ziffer vom höchsten Rang des der Komponente der Werkzeugmaschinen-Einstellung analogen Signals zu verwenden, die gesamte Genauigkeit des Steuersystems um einen Faktor 10 erhöhen kann.
Eine noch grössere Genauigkeit kann dadurch erhalten werden, dass man die Anzahl der Sammelleitungen erhöht und der Ziffer vom höchsten Rang in jedem Falle eine grössere Bedeutung gibt.
Die Erfindung bietet einen beträchtlichen Vorteil dadurch, dass infolge des Herabsetzens der sämtlichen Ziffern analogen Spannungen in den Übertragern ausser der Ziffer vom höchsten Rang, Ungenauig-
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keiten, die durch Kontaktwiderstände verursacht sind, weniger Einfluss ausüben, als es der Fall sein würde bei der Auswahl von Analogpotentialen mit dem richtigen Pegel, wodurch sich die Kontaktwiderstände in den auswählenden Mitteln addieren und so beträchtliche Ungenauigkeiten verursachen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass, wenn sie auf automatische Werkzeugmaschinen od. dgl. angewendet wird, die Möglichkeit vorhanden ist, die Ziffer vom höchsten Rang des Steuersignals und des analogen Stellungsrückkopplungssignals eines Servomechanismus aus einer gemeinsamen Gruppe von Potentialquellen zu erhalten. So sind die relativen Fehler zwischen den beiden Ziffern höchster Bedeutung reduziert.
Obwohl die Vorrichtung in einer Verwendung als Umsetzer für binäre Dezimalschlüsselzahlen in Analogsignale beschrieben ist, so muss bemerkt werden, dass ebenso jedes andere Zifferneingangssignal gemäss der Erfindung in ein Analogsignal, u. zw. mit denselben Vorteilen hoher Genauigkeit umgewandelt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Umsetzer zum Erzeugen von Analogsignalen aus einer ziffernmässigen Information, gekennzeichnet durch eine Auswahlschaltung für jede Stelle der Information, die aus einer Reihe von jeder der möglichen Ziffern zugeordneten Wechselspannungen verschiedener Amplitude diejenige auswählt, die der jeweiligen Ziffer der betreffenden Stelle entspricht, eine Schaltung zur Herabsetzung der Amplitude jeder der ausgewählten Wechselspannungen in einem Verhältnis, das dem ziffernmässigen Abstand der betreffenden Stelle von einer vorbestimmten Stelle der Information entspricht und durch eine Schaltung zur Summierung der herabgesetzten Wechselspannungen.