DE4018686C2 - Automatisches Umschalten der Bewegungssteuerung mit fühlbarer Rückmeldung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umschalten zwischen einer ersten und einer zweiten Art der Bewegungs­ steuerung einer mittels eines elektrischen Antriebs ge­ steuerten Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus DE-OS 31 39 577 A1 bekannt. Darin wird eine derartige Vorrichtung offenbart, die folgendes umfaßt:

• - einen Steuerknopf mit einem Wählglied zum Wählen der ersten und der zweiten Art, wobei die Geschwindigkeit des Antriebs in der ersten Art von der Winkelstellung und in der zweiten Art von der Drehgeschwindigkeit des Steuer­ knopfes abhängig ist;
• - eine Ermittlungsvorrichtung, die mit dem Steuerknopf zum Zwecke der Ermittlung, ob ein Benutzer bei einer Bewegung des Steuerknopfs mit dem Wählglied die erste oder die zweite Art auswählt, verbunden ist, wobei die Ermitt­ lungsvorrichtung ein Modussteuersignal erzeugt, welches sich entsprechend der Art in einem von zwei Zuständen befindet;
• - Vorrichtungen, die mit dem Steuerknopf und der Er­ mittlungsvorrichtung zum Zwecke der Erzeugung von Be­ wegungssteuerbefehlen für die gesteuerte Vorrichtung als Funktion des Modussteuersignals und dem Maß der Bewegung des Steuerknopfs verbunden sind; und
• - eine mit dem Steuerknopf mechanisch verbundene Winkel­ stellungserfassungseinrichtung und eine in der ersten Art wirkende und mit dem Steuerknopf mechanisch verbundene Bremseinrichtung.

Ferner beschreibt die US-PS 4,652,805 eine von Hand betätig­ bare Dreheinrichtung mit einer elektromagnetischen Bremse für die Steuerung von Werkzeugmaschinen. Es ist eine Steuer­ schaltung vorhanden, um der Betätigungsperson eine Rück­ kopplung ähnlich einem direkten mechanischen Mitfühlen zu vermitteln. Dies wird durch augenblickliches Abschalten der elektromagnetischen Bremse erreicht, sobald ein Transducer- Signal anzeigt, daß die Welle um eine nächsthöhere Position gedreht wurde. Normalerweise wird die elektromagnetische Bremse unter Strom gesetzt, so daß ein begrenzter Widerstand zur Drehung der Welle gegeben ist, der gering genug ist, um durch manuelles Drehen der Handkurbel überwunden zu werden. Der Transducer ist an die Welle gekoppelt und erzeugt Signale, die die nächsthöhere Stellung und die Richtung der Drehung der Welle anzeigen.

Die US-PS 4,553,080 betrifft ebenfalls die Steuerung einer Werkzeugmaschine und beschreibt einen Positionstransducer, der einen Schrittmotor als Sensor für die Drehposition verwendet.

An eines der Windungspaare wird ein Vormagnetisierstrom ange­ legt. Die Signale, die durch das andere Windungspaar erzeugt werden, werden erfaßt. Der Vormagnetisierungsstrom erzeugt eine magnetische Feststellung, die u. a. das Ausmaß der Drehung festlegt. Die Stärke der angelegten Festellkraft läßt sich durch Veränderung der Größe des Vormagnetisier-Gleichstroms, der durch die Windungen fließt, einstellen.

Die Verwendung eines Steuerknopfs zur Steuerung beispielsweise der Transportiereinrichtungen von Ton- und Bildaufzeichnungs­ geräten wird schon seit geraumer Zeit für die Abspielsteuerung in zwei Richtungen eingesetzt. Bei dem Steuerungsverfahren wird im allgemeinen zwischen zwei Modi hin- und hergeschaltet; einem sogenannten "Shuttle"-Modus, bei dem die Steuerung der linearen Bandabspielgeschwindigkeit proportional zu dem Dreh­ winkel eines Steuerknopfs erfolgt, und einem sogenannten "Jog"-Modus, bei dem das Band jeweils für jeden Drehungsgrad um einen bestimmten Abstand weiterbewegt wird. Überlicherweise werden dafür diskrete Schalter zum Umschalten zwischen diesen beiden Steuermodi verwendet, entweder in Form eines von dem Knopf getrennten Druckknopfs oder in Form eines Druck­ schalters, der als Teil des Knopfs ausgebildet ist. Durch die Verwendung von diskreten Schaltern ergibt sich eine manuelle Modussteuerung, in Abhängigkeit von einer endlichen Reaktions­ zeit, wodurch der Übergang von einem Steuermodus zum anderen für einen Benutzer nicht intuitiv erfolgen kann, was sich auf die Bearbeitungsqualität der zu behandelnden Bänder nachteilig auswirkt.

Die Bandgeschwindigkeit hat im allgemeinen eine Höchstgrenze. Um den Benutzer auf eine Annäherung an diese Höchstgrenze aufmerksam zu machen, wurden durchdachte Verfahren für eine Art fühlbare Rückmeldung entwickelt. Der Benutzer erwartet es, eine Steuergrenze zu erfühlen, wenn der Bedienungsknopf im Shuttle-Modus auf Höchststellung gedreht wurde. Er erwartet jedoch kontinuierliche Drehung zur Ermöglichung einer richti­ gen "Jog"-Bewegung des Bandes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei geringerem mechanischem Aufwand der Bedienungskomfort erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wähl­ glied aus einem isolierten und einem leitenden Abschnitt auf dem Steuerknopf besteht, wobei das Modussteuersignal bei Be­ rührung des leitenden Abschnitts erzeugt wird und daß ein Schrittmotor mit seinen Spulen als Winkelerfassungseinrichtung und als Bremseinrichtung vorgesehen ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen auto­ matischen Schalter zur Bewegungssteuerung mit fühlbarer Rück­ meldung zur Verfügung. Ein Drehknopf aus leitendem Material weist einen isolierten Rand auf und ist gegenüber einem Panel, an dem er befestigt ist, elektrisch isoliert. Eine Modus­ steuerungsschaltung erfaßt erfindungsgemäß eine Berührung des leitenden Abschnitts des Knopfs durch den Benutzer zur Um­ schaltung von einem Steuermodus auf den anderen und kehrt bei Unterbrechung des Kontakts automatisch zu dem anderen Steuer­ modus zurück. Ein auf der Knopfwelle angeordneter Schrittmotor gibt in einem Modus Steuersignale ab und ist im anderen Modus abgeschaltet. In dem einen Modus wird ein Zähler verwendet, wobei der Zähler durch ein Modussteuersignal von der Modus­ steuerschaltung auf Null gesetzt oder aktiviert wird. Wenn der Knopf eine vorbestimmte Grenze erreicht, wird dann ein Brems­ signal erzeugt, das an den Schrittmotor angelegt wird, um einen Widerstand gegen ein weiteres Drehen des Knopfs aufzu­ bringen, wobei dieser Widerstand für den Benutzer eine fühl­ bare Meldung ist.

Aus Mende H.G. "Sensortechnik-elektrotechnisches Schalten durch Berühren" (in "Der Elektromeister u. Deutsches Elektro­ handwerk", de, Bd. 49, 1974, Heft 2, Seiten 90-93) und den Druckschriften DE 37 22 890 A1 und DE 33 47 192 A1 ist es be­ kannt, ein mechanisches Umschalten durch ein elektronisches Schalten durch Berühren eines leitenden Abschnitts zu er­ setzen, um den mechanischen Auslöseweg zu beseitigen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Steuerknopf mit einem Drehknopf zur automatischen Umschaltung der Bewegungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Teilquerschnitt durch den Steuerknopf gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild der Schaltungen zur Erzeugung eines Ansprechens auf die Betätigung des Drehknopfs gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild zur Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 5a und 5b Zeitdiagramme zur Darstellung des Moduserfassungs­ abschnitts der Schaltung aus Fig. 4, sowie

Fig. 6a und 6b Zeitdiagramme zur Darstellung des richtungsbe­ stimmenden Abschnitts der Schaltung aus Fig. 4.

Im normalen Betrieb wird ein sogenannter "Shuttle"-Modus eines Bandtransportes von einem Benutzer gesteuert, indem er den äußeren Ring eines Steuerknopfes umgreift, während ein sogenannter "Jog"-Betrieb von dem Benutzer durch Drehung des inneren Abschnittes des Steuerknopfes mit seinem Zeigefinger gesteuert wird. In den Fig. 1 und 2 ist der Steuerknopf 10 in Form eines leitenden Drehknopfs 12 mit einer Fingermulde 14 und einem umfänglichen Isolierring 16 dargestellt. Der Steuerknopf 10 befindet sich auf einem Steuerpanel oder der Frontseite eines Gehäuses 18. Die Anordnung kann, beispielsweise mittels eines isolierenden Lagers 20 um eine Welle 22 des Drehknopfes 12 erfolgen, um eine elektrische Isolierung gegenüber dem Gehäuse 18 zu erreichen. Ein Schrittmotor 24 befindet sich am anderen Ende der Welle 22 innerhalb des Gehäuses 18. Eine elektrische Ausgangsleitung T ist elektrisch mit dem Drehknopf 12 verbunden, während elektrische Leitungen C1, C2 elektrisch mit den beiden Ausgangsspulen des Schrittmotors 24 verbunden sind, wobei die Phasen der Ausgangsspulen zueinander um 90° verschoben sind.

Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, führt die elektrische Ausgangsleitung T einen Eingang an eine Moduserfassungsschaltung 26. Der Ausgang der Moduserfassungsschaltung 26 ist ein Modussteuersignal, das angibt, welcher der beiden Modi, "Shuttle"-Modus oder "Jog"-Modus, gewählt wird, je nachdem, ob der Benutzer den Drehknopf 12 oder den Isolierring 16 berührt. Das Modussteuersignal wird zusammen mit den Spulenströmen der Ausgänge C1, C2 des Schrittinotors 24 an die Schrittmotorsteuer/Dekodier-Schaltung 28 weitergegeben. Das Modussteuersignal fungiert als EIN/AUS-Signal für den Schrittmotor 24 durch Erhöhung bzw. Verringerung des Stromes an die Spulen des Schrittmotors 24 gemäß des gewählten Modus. Am Ausgang der Schrittmotorsteuer/Dekodier-Schaltung 28 ist ein Richtungssignal und ein Taktsignal verfügbar, das die Richtung bzw. die Winkelbewegung des Steuerknopfes 10 wiedergibt.

Das Modussteuersignal wird darüber hinaus, zusammen mit den Richtungs- und Taktsignalen von der Schrittmotorsteuer /Dekodier-Schaltung 28, einer logischen Schaltung 30 zur Modussteuerung eingegeben. Wenn der Steuerknopf 10 seine Winkelgrenze in jeder der beiden Richtungen im Shuttle-Betrieb erreicht hat, gibt die logische Schaltung 30 zur Modussteuerung ein Bremssignal aus, das an die Schrittmotorsteuer/Dekodier-Schaltung 28 angelegt wird, um Widerstand gegenüber weiterer Bewegung des Steuerknopfes 10 zu leisten. Ein weiterer Ausgang der logischen Schaltung 30 zur Modussteuerung ist ein Stellungssignal in Form einer digitalen Abzählung, welches die Winkelversetzung des Steuerknopfes 10 darstellt. Die Brems-, Stellungs- und Richtungssignale werden einer Steuervorrichtung 32, beispielsweise einem Mikroprozessor, eingegeben, der dann Ausgangsbefehle zur eigentlichen Steuerung der Bandtransportbewegung ausgibt.

Die Moduserfassungsschaltung 26 ist in der Fig. 4 im einzelnen dargestellt. Es gibt drei wesentliche Blöcke, aus denen sich diese Schaltung zusammensetzt: einen Oszillator 34, einen ersten wiedertriggerbaren, einmal auslösenden Multivibrator 36 und einen zweiten wiedertriggerbaren, einmal auslösenden Multivibrator 38. Der Oszillator 34 ist ein freilaufender Rückkopplungsoszillator, der ein Rechteckimpuls mit einer Nominalfrequenz fo ausgibt. Ein Operationsverstärker 40 ist mit seinem nicht-invertierenden Eingang mit einem Anschluß eines Spannungsteilungsnetzes verbunden, das zwei Komponenten hinzuaddiert: eine von den Widerständen R1, R2 zwischen zwei Spannungsschienen bestimmte konstante Vorspannungskomponente und einen von den Widerständen R3, R4 zwischen dem Verstärkerausgang und der einen Spannungsschiene bestimmten Teil des Oszillatorausgangssignals. Der Verstärkerausgang wird durch einen Widerstand R4 auch an den invertierenden Eingang gekoppelt. Ein Kondensator C1 ist zwischen den invertierenden Eingang und eine der Spannungsschienen geschaltet. Bei Berührung des leitenden Drehknopfs 12 durch einen Benutzer wird eine zusätzliche Kapazität Ct parallel zu dem Kondensator C1 zur Verringerung der Ausgangsfrequenz des Oszillators 34, Fo = fo-ft, hinzugeschaltet.

Der Ausgang des Oszillators 34 wird an den ersten monostabilen Multivibrator 36 angelegt, dessen RC-Zeitkonstante so lange dauert, daß er bei Frequenz gleich "fo" bei der Zeit RT wiedergetriggert wird, bevor die RC-Zeitkonstante bei der Zeit TO so ausläuft, wie es gemäß Fig. 5a erkennbar ist. Auf diese Weise wird der Ausgang des ersten Multivibrators 36 so lange auf konstantem Niveau gehalten, wie der Oszillator 34 in seiner Nominalfrequenz liegt. Findet jedoch aufgrund von Berührung des Drehknopfes 12 durch den Benutzer eine Frequenzänderung des Oszillators 34 statt, wodurch der Kondensator Ct in die Oszillatorschaltung eingesetzt wird, unterbricht die RC- Zeitkonstante des ersten Multivibrators 36, bevor er durch das Oszillatorsignal wiedergetriggert wird. Der Ausgang des ersten Multivibrators 36 verändert zur Ausgabe eines Impulsausgangs seinen Zustand. Der Ausgang des ersten Multivibrators 36 liegt am Eingang des zweiten monostabilen Multivibrators 38, dessen RC-Zeitkonstante länger ist. Der Ausgang des zweiten Multivibrators 38 befindet sich so lange auf einem ersten Niveau, wie der erste Multivibrator 36 auf konstantem Niveau gehalten wird. Ist der Ausgang des ersten Multivibrators 36 das Impulssignal, dann schaltet der zweite Multivibrator 38 auf ein zweites Niveau und wird bei RT-Zeit wiedergetriggert, um so lange auf dem zweiten Niveau zu bleiben, wie das Impulssignal von dem ersten Multivibrator 36 empfangen wird, bevor die RC-Zeitkonstante für den zweiten Multivibrator 38 bei der Zeit TO ausläuft, wie es aus Fig. 5b hervorgeht. Auf diese Weise gibt der Ausgang des zweiten Multivibrators 38 das Modussteuersignal, das je nach Ausgangsniveau, niedrig oder hoch, auf "Shuttle"- bzw. "Jog"- Betrieb lautet. Das Modussteuersignal von dem zweiten Multivibrator 38 dient dazu, einen Herauf-/Herunterzähler 42 in der logischen Schaltung 30 zur Modussteuerung auf Null zu setzen und ein EIN/AUS-Signal an die Schrittmotorsteuer- /Dekodier-Schaltung 28 zur Unterbrechung des Schrittmotors 24 während des "Jog"-Betriebs und zu seiner Aktivierung während des "Shuttle"-Betriebs abzugeben.

Die Schrittmotorsteuer/Dekodier-Schaltung 28 umfaßt eine mit dem Ausgang C1 einer der Fühlerspulen des Schrittmotors 24 gekoppelte Motorsteuerschaltung 44. Weiterhin werden an die Motorsteuerschaltung 44 die Brems- und Modussteuersignale angelegt. Das Modussteuersignal wird zur Erhöhung oder Verringerung des Stromes für die Primärwicklung bei C1 an das Gatter des Transistors F1 angelegt. Das Bremssignal wird an die Gatter der gegenüberliegenden Polaritätstransistoren F2, F3 angelegt, wobei ein gegenphasiges Bremssignal von einer als Inverter fungierenden Flip-Flop-Schaltung 58 abgeleitet wird, um die parallelen Widerstände R5, R6 auszuschließen und die Primärwicklung mit zusätzlichem Strom zu versorgen. Durch den zusätzlichen Strom entsteht ausreichend elektromotorische Kraft, um einen wesentlichen Widerstand gegenüber der Bewegung des Steuerknopfes 10 aufzubringen, wodurch dem Benutzer eine fühlbare Rückmeldung gegeben wird, daß eine vorbestimmte Steuergrenze erreicht ist. In Abwesenheit des Bremssignals bei Drehung des Schrittmotors 24 wird eine gegenwirkende elektromotorische Kraft in die Sensorspulen C1, C2 induziert. Die entstehenden Ströme sind aufgrund der Anordnung der Sensorspulen C1, C2 um jeweils 90° verschoben. Die Ströme von C1, C2 werden an die jeweiligen Sensorverstärker 46, 48 eingegeben, die ein Paar Rechteckimpulsausgänge erzeugen, die einander um 90° vorangehen oder nachfolgen, wenn die Stellung des Steuerknopfes 10 entsprechend der Drehrichtung verändert wird.

Die Zyklenzahl des Rechteckimpulses bestimmt die Winkelverschiebung des Steuerknopfes 10. Der Ausgang des einen Sensorverstärkers 46 wird dem D-Eingang einer D-Flip-Flop-Schaltung 50 eingegeben, während der Ausgang des anderen Sensorverstärkers 48 über ein AND-Gatter 52 mit dem Takteingang der D-Flip-Flop-Schaltung 50 gekoppelt wird. Der Ausgang der D-Flip-Flop-Schaltung 50 ist ein Richtungssignal, da, wie aus den Fig. 6a und 6b hervorgeht, wenn der Ausgang des einen Sensorverstärkers dem Ausgang des anderen Sensorverstärkers vorausgeht, d. h. hoch ist, wenn der Ausgang des anderen Verstärkers die Flip-Flop-Schaltung 50 triggert, das Ausgangssignal von der Flip-Flop-Schaltung 50 auf einem Niveau ist, und umgekehrt, wenn der Ausgang des einen Sensorverstärkers dem Ausgang des anderen Sensorverstärkers nachfolgt.

Das Richtungssignal wird zusammen mit dem Impulssignalausgang von dem AND-Gatter 52 an den Herauf-/Herunterzähler 42 ,gelegt. Der Herauf-/Herunterzähler 42 zählt die Impulse des Impulssignals und gibt ein Zählsignal aus, das den Betrag der Winkeldrehung des Steuerknopfes 10 darstellt. Ein Teil des Zählausgangs von dem Herauf-/Herunterzähler 42 wird an eine logische Bremsschaltung 54 gegeben, die das Bremssignal erzeugt, wenn das Zählsignal seine Grenze in einer der beiden Richtungen erreicht. Die Zähl-, Brems- und Richtungssignale werden ebenfalls dem Mikroprozessor der Steuervorrichtung 32 eingegeben, der die für den Bandtransport erforderlichen Steuersignale erzeugt. Das Bremssignal wird ebenfalls an einen Brems-Oneshut bzw. monostabilen Multivi­ brator 56 angelegt, der das AND-Gatter 52 so sperrt, daß keine weiteren Impulse mehr an den Zähler 42 im Wechselmodus weitergeleitet werden.

Die vorliegende Erfindung stellt somit einen Drehsteuerknopf zum automatischen intuitiven Umschalten zwischen zwei Betriebsmodi zur Verfügung, indem ein Isolierring um einen leitenden Steuerknopf herum vorgesehen ist, damit eine Berührung des Isolierringes den einen Betriebsmodus bewirkt, während die Berührung des leitenden Abschnittes des Steuerknopfes den anderen Betriebsmodus bewirkt. Hierbei ist eine Schleife zur fühlbaren Rückmeldung an den Benutzer vorgesehen, so daß bei Erreichen einer vorbestimmten Steuergrenze in einem Betriebsmodus sich der Steuerknopf nicht weiter bewegen läßt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Umschalten zwischen einer ersten und einer zweiten Art der Bewegungssteuerung einer mittels eines elektrischen Antriebs gesteuerten Vorrichtung, mit

• - einem Steuerknopf (10) mit einem Wählglied (12, 14, 16) zum Wählen der ersten und der zweiten Art, wobei die Geschwindigkeit des Antriebs in der ersten Art von der Winkelstellung und in der zweiten Art von der Drehgeschwindigkeit des Steuerknopfes (10) abhängig ist;
• - einer Ermittlungsvorrichtung (26), die mit dem Steuerknopf (10) zum Zwecke der Ermittlung, ob ein Benutzer bei einer Bewegung des Steuerknopfs (10) mit dem Wählglied (12, 14, 16) die erste oder die zweite Art auswählt, verbunden ist, wobei die Er­ mittlungsvorrichtung (26) ein Modussteuersignal er­ zeugt, welches sich entsprechend der Art in einem von zwei Zuständen befindet;
• - Vorrichtungen (24, 28-32), die mit dem Steuerknopf (10) und der Ermittlungsvorrichtung (26) zum Zwecke der Erzeugung von Bewegungssteuerbefehlen für die gesteuerte Vorrichtung als Funktion des Modussteuer­ signals und dem Maß der Bewegung des Steuerknopfs verbunden sind; und
• - einer mit dem Steuerknopf (10) mechanisch verbun­ denen Winkelstellungserfassungseinrichtung (C1, C2, 28, 44, 46, 48) und einer in der ersten Art wirken­ den und mit dem Steuerknopf (10) mechanisch verbun­ denen Bremseinrichtung (C1, 28, 30, 44, 54, 58) dadurch gekennzeichnet, daß das Wählglied (12, 14, 16) aus einem isolierten (16) und einem leitenden (12, 14) Abschnitt auf dem Steuerknopf (10) besteht, wobei das Modussteuersignal bei Berührung des leitenden Abschnitts (12, 14) erzeugt wird, und daß ein Schrittmotor mit seinen Spulen (C1, C2) als Winkelerfassungseinrichtung (C1, C2, 28, 44, 46, 48) und als Bremseinrichtung (C1, 28, 30, 44, 54, 58) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (C1, 28, 30, 44, 54, 58) eine fühlbare Rückmeldung erzeugt, wenn die Bewegung des Steuerknopfs (10) eine vorbestimmte Steuergrenze erreicht, wobei

• - Einrichtungen (42, 54) zur Bestimmung der vorbe­ stimmten Steuergrenze und zur Erzeugung eines Bremssignals und
• - Einrichtungen (F2, F3) zur Erhöhung der Bremswirkung als Reaktion auf das Bremssignal vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ermittlungsvor­ richtung (26) wie folgt zusammensetzt aus:

• - einem Oszillator (34) mit einer Grundfrequenz, wobei der Oszillator (34) mit dem leitenden Abschnitt (12, 14) elektrisch verbunden ist;
• - einer ersten Einrichtung (36), die mit dem Oszilla­ tor (34) zur Erzeugung eines Kontaktsignals verbunden ist, wenn sich die Grundfrequenz aufgrund einer Berührung des leitenden Abschnitts (12, 14) durch den Benutzer ändert; und
• - einer zweiten Einrichtung (38), die mit der ersten Einrichtung (36) zur Erzeugung des Modussteuer­ signals als Funktion des Kontaktsignals verbunden ist.