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Vorrichtung zum automatischen Ablesen der Stellung eines Zeigers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Ablesen der Stellung eines Zeigers in bezug auf mindestens zwei Skalenstriche, die zusammen mit dem Zeiger auf einem photographischen Träger abgebildet sind.
Für einen ähnlichen Zweck, nämlich zum Messen der Verschiebung einer Hauptteilung gegenüber einer Ablesevorrichtung um ein nicht ganzzahliges Vielfaches eines Intervalles der Hauptteilung, ist es bereits bekannt, eine ein photoelektrisches Zählwerk beeinflussende Hilfsteilung zu verwenden. Dabei wird die Anzahl der durch die Verschiebung der Hilfsteilung erzeugten photoelektrischen Impulse als Mass für den zu messenden Bruchteil der Hauptteilung verwendet. Solche Verfahren eignen sich nur für die Messung der Verschiebung von sehr genau ausgeführten Skalenteilungen, aber nicht für photographisch aufgezeichnete Zeigerstellungen, bei denen z. B die Deformation des photographischen Trägers beim Entwicklungsprozess zu Fehlern Anlass geben kann.
Gemäss der Erfindung ist daher zur Auswertung der die Zeigerstellung und die Skalenstriche in zwei getrennten, parallelen Messstreifen am photographischen Träger enthaltenen Bilder eine Abtasteinrichtung vorgesehen, die über jeden der beiden parallelen Messstreifen einen Lichtstrahl führt, wobei jedem Lichtstrahl eine Photozelle und eine Diskriminatorschaltung zur Erzeugung eines dem Abtastergebnis ent- sprechenden elektrischen Signals zugeordnet sind, und mit der Abtasteinrichtung ist ein Impulserzeuger gekuppelt, der eine dem Abtastweg der Lichtstrahlen proportionale Anzahl von Zählimpulse erzeugt, wobei Zähleinrichtungen sowie eine Einrichtung zur Quotientenbildung vorgesehen sind,
welche das Verhältnis aus der durch die elektrischen Signale der Diskriminatorschaltungen bestimmten Anzahl der Zählimpulse zwischen zwei Skalenstrichen und der Anzahl der Zählimpulse zwischen einem Skalenstrich und dem Zeigerbild als Mass für die Lage des Zeigers ermitteln.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Verfahrens zur photographischen Registrierung und anschliessenden Auswertung von Skalenwerten mit einer Grobeinteilung und einer Feinablesung erläutert werden, wobei die Grobeinteilung in digitaler Form durch Schwarz/Weiss-Markierungen registriert wird, wogegen die Feinablesung in analoger Form durch Registrierung der Lage des Zeigers zu mindestens zwei der Grobeinteilung zugeordneten Skalenstrichen erfolgt. Dabei wird das Bild der Schwarz/Weiss-Markie- rungen einerseits und das Bild des Zeigers mit den Skalenstrichen anderseits im gleichen Bildrahmen eines Filmstreifens aufgezeichnet.
Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Verfahrens besteht darin, dass die Auflösung der Analog-Feinablesung in entsprechende Digitalwerte nicht mehr am Ort der Messung selbst vorgenommen wird, sondern erst im Zuge der anschliessenden Auswertung, bei der zu diesem Zweck ein wesentlich höherer apparatver Aufwand möglich ist. Dies bringt besonders bei geodätischen Instrumenten, z. B. Theodoliten, Vorteile mit sich, weil dadurch die üblicherweise am Ort der Messung von Hand vorzunehmende Feineinstellung entfällt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung auf ein solches Verfahren wird nachstehend an Hand der Fig. 1 - 12 näher erläutert, in denen gleiche Bauelemente und Baugruppen jeweils gleich bezeichnet sind.
Fig. 1 zeigt einen FilmstreifeL mit den Bildern der Grobeinteilung (Kodekanäle) und der Feinablesung (Messkanäle) gemäss der Erfindung. Die Fig. 2-6 stellen elektrooptische Abtasteinrichtungen zur
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Auswertung der Messkanäle des Filmbildes nachFig. l dar, u. zw. im einzelnen :
die Fig. 2 und 2a ein Aus- fühlungsbeispiel mit bewegter Diskriminatoreinrichtung und bewegter Impulsgeberkulisse, die Fig. 3 und 3a ein Ausführungsbeispiel mit feststehender Diskriminatoreinrichtung und bewegter Impulsgeberkulisse, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer bewegten Impulsgeberkulisse und ihre Verbindung mit dem optischen Ablenksystem, Fig. 5 ein weiteres optisches Ablenksystem mittels sechseckigem Drehspiegel und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer feststehenden Impulsgeberkulisse in Form einer Messskala.
Die Fig. 7 - 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Einrichtung zur Auswertung der Impulse, die von den Ableseeinrichtungen nach Fig. 2 - 6 während des Abtastvorganges der Messkanäle nach Fig. 1 geliefert werden, u. zw. ist Fig. 7 eine übersichtliche Darstellung der einzelnen Impulsquellen in Form eines Blockschaltbildes, Fig. 8 ein Spannungsverläuf der von der Diskriminatoreinrichtung nach Fig. 2 ff. gelieferten Impulse, Fig. 8a ein Abtastkopf der Diskriminatoreinrichtung, Fig. 9 eine Schaltungsanordnung zur geeigneten Impulsformung des Spannungsverlaufes nach Fig. 8, Fig. 10 ein Spannungsverlauf zur Schaltungsanordnung nach Fig. 9, Fig. 11 eine übersichtliche Gesamtdarstellung der elektronischen Einrichtung in Verbindung mit der elektrooptischen Abtasteinrichtung und Fig.
12 ein Spannungsverlauf zur Schaltunganordnung nach Fig. 11.
In Fig. 1 ist der Aufbau des Filmbildes gezeigt. Auf einem Filmstreifen 1 wird die Grobanzeige in digitaler Form als eine Reihe von Kodekanälen 2 beliebiger Kodierung (Serien-oder Paralleldarstellung), und die Feinanzeige in analoger Form durch zwei Messkanäle 3 und 4 registriert, wobei im ersten Kanal der Zeiger 3a und im zweiten Kanal mindestens zwei in fester Zuordnung zur Grobteilung stehende Skalenstriche 4a abgebildet werden. Der Zeiger 3a des Messkanals 3 befindet sich dabei stets in nächster Umgebung der Mittellinie 6, während die Skalenstriche 4a, die untereinander stets einen festen Abstand b einnehmen, jede beliebige Lage innerhalb des Messkanals 4 einnehmen können ; so ist es auch möglich, dass deren mehrere sichtbar sind. (Das gesamte Filmbild Kodekanäle einschliesslich Messkanäle) hat die Länge la.
Die der Feinanzeige im Zuge der Auswertung zu entnehmende Grösse ist die Abweichung des Zeigers 3a von einem der Skalenstriche 4a. Im gewählten Ausfiihrungsbeispiel der Fig. l ff. ist das der Abstand a des Zeigers 3a zum nächsten tiefer liegenden Skalenstrich 4a des Messkanals 4. Diese Grösse wird von geeigneten Auswerteinrichtungen in einer nachstehend noch näher erläuterten Weise ermittelt, wobei es zur Korrektur einer durch Schrumpfung, Ausdehnung u. dgl. verursachten Verzerrung der abgebildeten Feinanzeige vorteilhaft ist,'nicht den Absolutbetrag des Abstandes a als solchen zu ermitteln, sondern diesen in Verbindung mit einer bereits bekannten Grösse, wie etwa zum Skalenteilwert b zu setzen.
Dies kann beispielsweise durch Bildung des Quotienten aus den beiden Grössen a und b erfolgen. Zu diesem Zweck können Einrichtungen bekannter Ausführung Verwendung finden.
So sind im Ausführungsbeispiel Diskriminatoreinrichtungen vorgesehen, zur automatischen Registre- rung von abgetasteten Skalenstrichen, wie sie beispielsweise in geodätischen Instrumenten moderner Bauart (vgl. ASKANIA, Berlin : Sonderdruck 1815 c Das elektrische Auge als Hilfsmittel für die Zielen- Stellung*) üblich sind. Des weiteren sind Impuls-Zähleinrichtungen vorgesehen, die in bekannter Weise Lichtsignale in elektrische Spannungsimpulse umwandeln und zählen. Diese Einrichtungen brauchen nachstehend nicht mehr näher erläutert zu werden.
Den vielen, nachstehend beschriebenen Mitteln zur Auswertung der Messkanäle liegt ein gemeinsames Arbeitsprinzip zugrunde, das an Hand der Fig. 7 verständlich wird : In fester Zuordnung zum Abtastvorgang der Messkanäle 3,4 durch Photozellen 14, die zu den Diskriminatoreinrichtungen 15 gehören, wird von einer mit Schlitzen versehenen Impulsgeberkulisse M auf elektrooptischem Wege eine Impulsfolge Z (durch Photozelle 8 und Impulsgeber 9) erzeugt. Diese Impulsfolge wird mit den AusgangssignalenA und B (Fig. 8, 9) der Diskriminatoreinrichtungen in der Weise verknüpft, dass in einer nachgeschalteten (in Fig. 7 jedoch nicht gezeigten) elektronischen Recheneinrichtung die Zahlen der den Grössen a und b (Fig. 1) zugeordneten Impulsen Z gezählt und zu einer anschliessenden Quotientenbildung herangezogen werden.
Dieses Prinzip ermöglicht eine Auswertung der Grössen a, b von wesentlich höherer Genau- igkeit, als dies bei gewöhnlicher Feinaufteilung eines Skalenwertes durch weitere Skalenstriche möglich ist.
Die Ablesung. und Auswertung der digitalen Grobanzeige kann beliebig nach einem der vielen bekannten Verfahren erfolgen ; auf sie wird daher im folgenden nicht mehr näher eingegangen.
In Fig. 2 ist der schematische Zusammenbau einer Abtasteinrichtung zur Abtastung eines Messkanals dargestellt. Eine von einer Leitspindel 18 über ein Gewindestück (Mutter) 17 transportierte Diskriminatoreinrichtung 15 gleitet, in einer Lagerung 16 von zwei Führungsstangen 19 gehalten, über die Messkanäle hinweg. Das Licht der Lichtquelle 12 gelangt dabei über einen Diffusor 13 durch das Filmbild 1 (Mit-
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telachse 6) zur Photozelle 14, die bei Überstreichen eines Skalenstriches einen in Fig. 8 gezeigten Spannungsverlauf liefert.
Zwei solcher Diskriminatoreinrichtungen tasten parallel zueinander die beiden Messkanäle 3 und 4 ab (Signale A, B) In fester Verbindung zurLeitspindell8 steht eine Impulsgeberkulisse in Form einer mit Radialschlitzen 10a versehenen Scheibe 10. Die Fig. 2a verdeutlicht ihre Gestaltung noch besser.
Der Leitweg einer Lichtquelle 7 kreuzt die Scheibe 10 in Höhe der Radialschlitze 10a und führt zu einer Photozelle 8, die mit einem Impulsgeber 9 verbunden ist. Dadurch wird der von der Lichtquelle 7 ausgehende Lichtweg in fester Zuordnung zu den Umdrehungen der Leitspindel 10"zerhackt". und vom Impulsgeber 9 zu entsprechenden Spannungsimpulsen verarbeitet.
Während im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sowohl die Diskriminatoreinrichtung als auch die Impulsgeberkulisse an feststehenden Lichtwegen vorbeigeführt werden, zeigt die Fig. 3 und 3a eine Anordnung, bei der die Bewegung der Diskriminatoreinrichtungen durch eine entsprechende Ablenkung der zugeordneten Lichtwege ersetzt ist. Diese Ablenkung erfolgt durch einen von einer Exzenterwelle 24 über einen Hebelarm 21 rhythmisch um eine Achse 21a bewegten Spiegel 20, der im Lichtweg der Abtast- und Diskriminatoreinrichtung 12 - 15 liegt. Die Impulsgeberkulisse ist in dieser Anordnung durch einen mit Schlitzen versehenen Halbbogen 22 dargestellt, dessen Wirkungsweise aus der Fig. 3a noch besser hervorgeht : Ein Linsensystem 23 sorgt für genaue Bündelung des Lichtweges von der Lichtquelle 7 nach der Photozelle 8.
Auch diese Anordnung liefert in festel Zuordnung zum Abtastrhythmus der Messkanäle 3 und 4 elektrische Impulse an Impulsgeber 9.
Ein weiteres Beispiel einer Verkopplung der Impulsgeberkulisse zum Abtastspiegel 20 zeigt die Fig. 4, in der in Anlehnung an Fig. 2 der Halbbogen 22 der Fig. 3 durch eine mit Längsschlitzen versehene Scheibe 29 ersetzt ist. Die Scheibe 29 wird dabei über einen in seiner Drehrichtung steuerbaren Motor 23 über ein Ritzel 26 angetrieben und ist über ein Mikrometergetriebe 27 und ein Gelenk 28 mit dem Hebelarm 21 verbunden, an dem in Analogie zur Anordnung nach Fig. 3 der Ablenkspiegel 20 befestigt ist.
Will man die Anderung der Drehrichtung bei der Abtastung vermeiden, was bei Verwendung einer
Impulsgeberkulisse 29 nach Fig. 4 an sich möglich ist, so empfiehlt sich eine Variation des in Fig. 3 dar- gestelltenAbtastmechanismus in der Weise, dass der Spiegel 20, der eine hin-und hergehende Abtastung durchführt, gemäss Fig. 5 durch einen z. B. sechskantigen Drehspiegel 30 ersetzt wird, der sich um seine
Achse 31 stets im gleichen Sinne dreht. Die mit dem Drehspiegel gekoppelte Impulsgeberscheibe 29 ge- mäss Fig. 4 wird dann durch den Motor 25 auch stets im gleichen Sinne angetrieben.
Eine vorteilhaftere Gestaltung der Impulsgeberkulisse ist in Fig. 6 dargestellt. Darin wird das Bild einer ersten Messskala 34 durch die Lichtquelle 7 über Umlenksysteme 32,33 (Verlängerung des Hebelarmes) auf eine mit der ersten Messskala konformen zweiten Messskala 34a projiziert, hinter der die Photozelle 8 liegt. Im Projektionsweg der Messskala 34 liegt der rhythmisch bewegte Ab- lenkspiegel 20, der gemäss Fig. 3 gleichzeitig zur Ablenkung des Abtaststrahles über das Filmbild 1 dient. Dabei ist das Filmbild 1 nur schematisch angedeutet, da der betreffende Strahlengang ausserhalb der Zeichenebene der Fig. 6 liegt. Das Bild dei ersten Messskala 34 wird durch Schwenkung des Spiegels 20 parallel zur zweiten Messskala 34a verschoben, derart, dass beide Messskalen sich je nach Stellung des Ablenkspiegels 20 abwechselnd decken bzw. aufheben.
Diese an sich bekannte Methode zur Erzeugung von Impulsen auf elektrooptischem Wege nutzt die zur Verfügung stehende Gesamtenergie der Lichtquelle 7 besser aus und liefert dementsprechend am Ausgang des Impulsgebers 9 wesentlich exaktere Impulsfolgen.
Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel einer elektronischen Einrichtung beschrieben, die zur end gültigen Auswertung der von den an Hand der Fig. 1 - 6 beschriebenen Abtasteinrichtungen gelieferten. die Grössen a und b darstellenden Impulse geeignet ist.
Wie schon vorstehend an Hand der Beschreibung zu Fig. 7 erwähnt, sind zur endgültigen Auswertung der Feinablesung die drei Impulsfolgen A, B, Z zu verarbeiten, die einerseits von den Diskriminatoreinrichtungen 15 und anderseits vom Impulsgeber 9 stammen. Wie ebenfalls bereits erwähnt, liefern die Dis- kriminatoreinrichtungen beim Überstreichen eines Skalenstriches einen in Fig. 8 gezeigten Spannungsverlauf. Dieser wird bekannterweise durch zwei je einer Brllckenhälfte zugeordnete Photozelle 14a, 14b erzeugt, die nach Fig. 8 beispielsweise in einem gemeinsamen Abtastkopf 14 untergebracht sein mögen.
Die an sich bekannte Wirkungsweise einer solchen Einrichtung sei kurz wiedergegeben : Bei Annäherung des Abtastkopfes an einen Skalenstrich, der nach Fig. 8 an einem Punkt 39 eines Weges s liegt, wird die Zone 35, die für beide Photozellen noch gleiches Licht und damit Brückengleichgewicht in der Diskriminatoreinrichtung bedeutet, verlas ? n und die Zone 36 abgetastet.
In ihr wird der Skalenstrich bereits durch die erste Hälfte des Abiasikoptes (beispielsweise von der Photozelle 14a) erfasst, wodurch das Brük-
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Beim weiteren Abtasten wird der Skalenstrich schliesslich von beiden Photozellen zu gleichen Teilen erfasst und ein vorübergehender Abgleich der Brücke erreicht, so dass das Ausgangssignal der Diskriminatoreinrichtung an dieser Stelle (39) einen Minimalwert erreicht. Im Zuge des weiteren Abtastvorganges werden die Zonen 37 und 38 überschritten, in denen sich dieselben Vorgänge nur mit umgekehrten Vorzeichen wiederholen.
Die Fig. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung zur zweckmässigen Verformung des Spannungsverlaufes nach Fig. 8, um diesen zur Steuerung von Impulszählschaltungen verwenden zu können. Das Signal A bzw. B der Diskriminatoreinrichtungen wird einem Schmitt-Trigger 41 (ein in Abhängigkeit von der Höhe der Steuerspannung ansprechende Flip-Flop) zugeführt, dessen Ausgänge L, 0 wieder mit jeeinem Schmitt-Trigger 42,43 verbunden sind, u. zw. derart, dass der eine Schmitt-Trigger 42 auf positive und der. andere Schmitt-Trigger 43 auf negative Flanken anspricht. Die L-Ausgänge der Schmitt-Trigger 42, 43 sind schliesslich mit einem Konjunktionsglied 44 verbunden, an dessen Ausgang ein der Stelle 39 in Fig. 8 zugeordneter Nadelimpuls erscheint.
Die in der Anordnung zur Impulsformung nach Fig. 9 auftretenden Impulse sind unter Beibehaltung der Bezifferung in Fig. 10 dargestellt.
Fig. 11 zeigt schliesslich eine Gesamtübersicht der elektronischen Einrichtung. Zur Vermeidung von Wiederholungen gegenüber vorstehenden Ausführungen sollen darin möglichst nur die neu hinzugekommenen Bauelemente und Funktionen beschrieben werden.
DieDiskriminatorsignaleA und B werden nach Verlassen der Impulsformeinrichtung 41 - 44 über Leitungen 45a bzw. 45b einer Reihe von Konjunktionsgliedern 54 bzw. einem Flip-Flop 49 zugeführt und die von der Impulsgebereinrichtung 9 gelieferten Impulse werden nach Verlassen einer weiteren Impulsform-
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