CH666348A5 - METHOD FOR EVALUATING MEASURING SIGNALS OBTAINED BY SCANNING AN INCREMENTAL SCALE WITH A SCANING UNIT, AND MEASURING DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD. - Google Patents
METHOD FOR EVALUATING MEASURING SIGNALS OBTAINED BY SCANNING AN INCREMENTAL SCALE WITH A SCANING UNIT, AND MEASURING DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD. Download PDFInfo
- Publication number
- CH666348A5 CH666348A5 CH177184A CH177184A CH666348A5 CH 666348 A5 CH666348 A5 CH 666348A5 CH 177184 A CH177184 A CH 177184A CH 177184 A CH177184 A CH 177184A CH 666348 A5 CH666348 A5 CH 666348A5
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- computer
- measurement
- measurement signals
- scale
- signal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten von Messsignalen, die durch Abtastung eines Inkrementalmassstabes mit einer Abtasteinheit erhalten werden, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a method for evaluating measurement signals, which are obtained by scanning an incremental scale with a scanning unit, according to the preamble of patent claim 1.
Die Erfindimg betrifft auch eine Messeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäss dem Eberbegriff des Patentanspruches 11. The invention also relates to a measuring device for performing this method according to the boar concept of claim 11.
Verfahren und Messeinrichtungen der gegenständlichen Art sollen das Auflösungsvermögen und die Anzeigegenauigkeit bei der Inkrementalmessung, insbesonder von Längen und winkeln verbessern. Ursprünglich konnte bei der Abtastung einer Inkre-mentalteilung pro abgetasteter aus jeweils einem Hell- und einem Dunkelfeld bestehender Teilungseinheit nur eine beschränkte Anzahl von Signalen erzeugt werden, wobei grundsätzlich nur Zählsignale erzeugt und zur Steuerung eines Vor-Rückwärtszählers oder einer vergleichbaren Einheit, beispielsweise eines Rechners, dem Vorwärts- und Rückwärtssignale zugeführt werden und der die Differenz von zwei Zählständen bildet, verwendet wurden. Triggert man die Nulldurchgänge von zwei analogen in ihrer Grundform sinusförmigen und um 90° gegeneinander versetzten Messsignalen, so erhält man pro Teilungseinheit vier Zählsignale. Durch Vervielfacherschaltungen, insbesondere Potentiometerschaltungen, kann man aus den beiden phasenverschobenen Analogsignalen mehrere Analogsignale gewinnen und deren Nulldurchgang triggern. In der Praxis hat man so pro Massstabeinheit bis zu zwanzig Zählsignale erzeugt. Es ergibt sich ein grosser Schaltungsaufwand. Jedes Signal ist ein Zählsignal und es müssen daher Zähler mit sehr hoher Zählfrequenz verwendet werden, um zu in der Praxis brauchbaren hohen Abtastgeschwindigkeiten des Massstabes zu gelangen. Methods and measuring devices of the type in question are intended to improve the resolution and the display accuracy in incremental measurement, in particular of lengths and angles. Originally, only one limited number of signals could be generated when scanning one incremental division per scanned division unit consisting of a light field and a dark field, whereby in principle only count signals were generated and for controlling an up-down counter or a comparable unit, for example a computer , to which forward and backward signals are fed and which forms the difference between two counts. If you trigger the zero crossings of two analog measuring signals, which are sinusoidal in their basic form and offset by 90 ° from each other, you get four counting signals per division unit. Multiplier circuits, in particular potentiometer circuits, can be used to obtain a plurality of analog signals from the two phase-shifted analog signals and trigger their zero crossing. In practice, up to twenty count signals have been generated per scale unit. There is a large amount of circuitry. Each signal is a counting signal and therefore counters with a very high counting frequency must be used in order to achieve high scanning speeds of the scale that are useful in practice.
Bereits aus der US-PS 3 618 073 ist es bekannt, aus ihren Verlauf periodisch ändernden Signalspannungen durch Digitalisierung und Verwendung eines Rechners mit Interpolationstabelle Interpolationswerte zu errechnen und so praktisch eine beliebige Unterteilung der Massstabeinheiten vorzunehmen, wobei die erhaltenen Interpolationswerte unmittelbar einer Anzeigeoder Auswerteeinheit zugeführt werden können. It is already known from US Pat. No. 3,618,073 to calculate interpolation values from their course of periodically changing signal voltages by digitizing and using a computer with an interpolation table, and thus practically to subdivide the scale units, the interpolation values obtained being fed directly to a display or evaluation unit can.
Nach einer Weiterbildung dieses Verfahrens wird sowohl ein über die getriggerten Analogsignale gesteuerter Zähler als auch ein über einen AD/Wandler mit wenigstens einem Analogsignal entsprechenden Digitalwerten beaufschlagter Rechner verwendet, der auch mit den Zählsignalen beaufschlagt werden kann. Die Zählsignale und die vom Rechner errechneten Interpolationswerte werden einer gemeinsamen Anzeige zugeführt, wobei eine Möglichkeit darin besteht, die beiden letzten Anzeigestellen für die Anzeige der Interpolationswerte und die übrigen Anzeigestellen für die Anzeige des Zählerstandes einzusetzen. Der Rechner erfüllt die Zusatzaufgabe, die Zählsignale und die Interpolationswerte einander eindeutig zuzuordnen. According to a development of this method, both a counter controlled via the triggered analog signals and a computer which is supplied with at least one analog signal via an AD / converter and which can also be supplied with the count signals are used. The count signals and the interpolation values calculated by the computer are fed to a common display, one possibility being to use the last two display positions for the display of the interpolation values and the other display positions for the display of the counter reading. The computer fulfills the additional task of clearly assigning the count signals and the interpolation values to one another.
Eine sehr feinstufige Unterteilung durch Interpolation ist nur dann sinnvoll, wenn die Feinstufigkeit der Anzeige der tatsächlich vorhandenen Messgenauigkeit entspricht. Bei der A very fine subdivision by interpolation only makes sense if the fine level of the display corresponds to the actually existing measuring accuracy. In the
Messgenauigkeit ist zwischen der Messgenauigkeit der Messeinrichtung an sich und der Messgenauigkeit beim Einsatz der Messeinrichtung an einer Maschine oder dgl. zu unterscheiden. Bei bekannten Messeinrichtungen wird nur die Messgenauigkeit der Messeinrichtung selbst berücksichtigt. Diese kann von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden. Bei aufeinanderfolgenden Signalzügen können schon im Analogsignal Relativabweichungen auftreten, die bei relativ gleicher Stellung der Abtast-einheit zu den beiden Massstabeinheiten zu verschiedenen Anzeigen führen können, da sich unterschiedliche Digitalwerte für gleiche Relativstellungen der Abtasteinheitenergeben. Bei längeren Massstäben kann es über die Länge zu periodischen Abweichungen in Signalverlauf und -form kommen. Änderungen der Signalform können auch durch Alterung, Änderung der Relativlagen von Abtasteinheit und Massstab und durch äussere Einflüsse, z.b. Verschmutzung des Massstabes auftreten. Bisher ist man bestrebt, einen Teil der möglichen Fehler durch eine möglichst exakte Führung der Abtasteinheit am Massstab klein zu halten und zum Ausgleich der verbleibenden Fehler Korrekturen vorzusehen. Man geht bisher grundsätzlich davon aus, schon die Analogsignale zu korrigieren, so dass dem AD/ Wandler korrigierte Analogsignale einer bestimmten Form zugeführt werden. Man muss zu diesem Zweck Zwischenspeiche-rungen, Umformungen und weitere Beeinflussungen des Signalverlaufes der an der Abtasteinheit erhaltenen Analogsignale vornehmen, um bei den dem AD/Wandler zugeführten Signalen etwa gleiche Signalformen, gleiche Signalamplituden, gleiche oder keine Gleichspannungsanteile und schliesslich gleiche Phasenabstände zu erhalten. Bei einer bekannten Messeinrichtung werden Gleichspannungsdetektoren zur Ermittlung der Gleichspannungsanteile, Amplitudendetektoren zur Ermittlung der Amplitudenhöhen und Phasenvergleicher zur Ermittlung der Phasendifferenz zwischen den beiden phasenversetzten, bei der Abtastung des Massstabes erhaltenen Analogsignalen vorgesehen. Die an diesen Detektoren bzw. Vergleichern bei einer vollständigen Abtastung des gesamten Massstabes ermittelbaren Korrekturwerte gegenüber einem vorgegebenen Idealverlauf der Analogsignale werden digitalisiert und gespeichert, wobei bei den später folgenden tatsächlichen Messungen zu dem jeweils von jedem abgetasteten Inkrement erhaltenen Signal ein gespeicherter Korrekturwert abgerufen und erst das um den Korrekturwert korrigierte Signal der Interpolationsberechnung unterzogen wird. Nachteilig ist hier, dass man jedem Inkrement des Massstabes Speicherplätze zuordnen muss und Massstababtastung und Adressensuche im Korrekturspeicher zu synchronisieren sind. Es ergibt sich dadurch ein sehr grosser schaltungstechnischer Aufwand und die Messeinrichtung wird deshalb und auch wegen möglicher Fehlsynchronisierungen beim Abruf der den einzelnen Massstabinkrementen zugeordneten Speicher stö^ rungsanfällig. Wegen der Vielzahl der benötigten Korrekturspeicherplätze muss ein aufwendiger Rechner eingesetzt werden. An sich müsste man die vollständige Korrekturabtastung des Massstabes mit Speicherung der Korrekturwerte vor jedem Messvorgang vornehmen. Auch dadurch würden nur die durch Alterung und Änderung der Relativlagen der Abtasteinheit zum Massstab und die durch die Verschmutzung bedingten Fehler berücksichtigt. Unberücksichtigt bliebe trotzdem, dass in der Praxis beispielsweise bei Messungen an Werkzeugmaschinen bei unbelasteter oder stillgesetzter Maschine die Korrekturabtastung erfolgt, wogegen die Messung bei oder nach Belastungen der Maschinen und gegebenenfalls bei mit der Abtasteinheit verbundenem, im Einsatz befindlichem Werkzeug vor sich geht. Systematische Messfehler, die daraus entstehen, dass in den meisten Fällen nicht die genaue Messung am Massstab interessiert, sondern genau die Relativlagen eines Werkzeuges zu einem Werkstück zu finden sind, können nicht berücksichtigt bzw. verhindert werden. Bei solchen Messungen können, da der Massstab nur der eigentlichen Messstrecke zugeordnet ist, Ab5 Measuring accuracy is to be distinguished between the measuring accuracy of the measuring device itself and the measuring accuracy when using the measuring device on a machine or the like. In known measuring devices, only the measuring accuracy of the measuring device itself is taken into account. This can be influenced by various factors. In the case of successive signal trains, relative deviations can already occur in the analog signal, which can lead to different displays when the scanning unit is in the same position relative to the two scale units, since different digital values result for the same relative positions of the scanning units. With longer scales, there may be periodic deviations in the signal shape and shape over the length. Changes in the signal shape can also be caused by aging, changing the relative positions of the scanning unit and scale, and by external influences, e.g. Scale contamination occurs. So far, efforts have been made to keep some of the possible errors small by guiding the scanning unit as precisely as possible on the scale and to provide corrections to compensate for the remaining errors. So far, it has generally been assumed that the analog signals are already corrected, so that corrected analog signals of a certain form are supplied to the AD / converter. For this purpose, intermediate storage, transformations and further influencing of the signal curve of the analog signals received at the scanning unit must be carried out in order to obtain approximately the same signal shapes, the same signal amplitudes, the same or no DC voltage components and finally the same phase spacings for the signals fed to the AD / converter. In a known measuring device, DC voltage detectors for determining the DC voltage components, amplitude detectors for determining the amplitude heights and phase comparators for determining the phase difference between the two phase-shifted analog signals obtained when scanning the scale are provided. The correction values that can be determined on these detectors or comparators when the entire scale is completely scanned, in relation to a predetermined ideal course of the analog signals, are digitized and stored, with a saved correction value being called up in the subsequent actual measurements for the signal obtained from each scanned increment, and only that signal corrected for the correction value is subjected to the interpolation calculation. The disadvantage here is that memory increments must be assigned to each increment of the scale, and scale scanning and address search in the correction memory must be synchronized. This results in a very large outlay in terms of circuitry and the measuring device is therefore prone to malfunction and also because of possible incorrect synchronization when the memory assigned to the individual scale increments is called up. Because of the large number of correction memory locations required, a complex computer must be used. In itself, one would have to carry out the complete correction scanning of the scale with storage of the correction values before each measurement process. This would also only take into account the errors caused by aging and changing the relative positions of the scanning unit to the scale and the errors caused by the contamination. However, it would not be taken into account that in practice, for example, when measuring machine tools with the machine unloaded or stopped, the correction scanning takes place, whereas the measurement takes place with or after loads on the machine and, if applicable, with the tool in use connected to the scanning unit. Systematic measurement errors that result from the fact that in most cases it is not the exact measurement on the scale that is of interest, but rather the relative positions of a tool to a workpiece cannot be taken into account or prevented. With such measurements, since the scale is only assigned to the actual measuring section, Ab5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
666 348 666 348
4 4th
weichungen beim Verlauf der Messstrecke, beim Verlauf des Massstabes (Aparallelitäten) und auch Abweichungen der Ist-Position eines entlang der Messstrecke verstellbaren Teiles, beispielsweise eines Werkzeuges, dessen Position zu bestimmen ist, gegenüber einer Soll-Position zum Massstab bei der jeweiligen Stellung der Abtasteinheit auftreten. deviations in the course of the measuring section, in the course of the scale (non-parallelism) and also deviations of the actual position of a part that can be adjusted along the measuring section, for example a tool whose position is to be determined, compared to a target position to the scale at the respective position of the scanning unit occur.
Teilungsfehler des Inkrementalmassstabes wurden schon dadurch berücksichtigt, dass man ihn und einen Eichmassstab parallel abtastet und in einem Festwertspeicher eine Korrekturtabelle für die Abweichungen speichert, wobei die Einzelplätze des Festwertspeichers beim Messvorgang wieder synchron mit der Massstabtastung angesprochen und bei der Interpolationsberechnung die Korrekturwerte berücksichtigt werden. Es ergibt sich wieder das Problem der genauen Synchronisierung. Alte-rungs- und Verlagerungsfehler können nicht berücksichtigt werden. Graduation errors of the incremental scale have already been taken into account by scanning them and a calibration scale in parallel and storing a correction table for the deviations in a read-only memory, the individual locations of the read-only memory being addressed synchronously with the scale scanning during the measurement process and the correction values being taken into account in the interpolation calculation. The problem of exact synchronization arises again. Aging and relocation errors cannot be taken into account.
Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung des Verfahrens und der Messeinrichtung der eingangs genannten Art mit dem Ziel, den Anlageaufwand bei gleichzeitiger Herabsetzung der Störempfindlichkeit und Erzielung einer hohen Genauigkeit zu reduzieren. The object of the invention is to improve the method and the measuring device of the type mentioned at the outset, with the aim of reducing the investment in equipment while simultaneously reducing the sensitivity to interference and achieving high accuracy.
Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. The task is solved in principle by the features specified in the characterizing part of claim 1.
Die im Nachhinein äusserst einfache erfindungsgemässe Lösung basiert auf dem Schluss, dass unmittelbar aufeinanderfolgende, bei der Abtastung aufeinanderfolgender Massstabinkre-mente erhaltene Messsignale praktisch immer ähnlich oder itend sein werden. Man kann daher mit den aus einem Signalzug erhaltenen Werten den Rechner kalibrieren und die Interpolationsberechnung der folgenden Signalzüge unter Berücksichtigung der bei der Kalibrierung festgelegten Korrekturwerte vornehmen, so dass praktisch der Berechnung ein idealer Signalverlauf zugrundegelegt wird. The retrospectively very simple solution according to the invention is based on the conclusion that immediately successive measurement signals obtained when scanning successive scale increments will practically always be similar or iting. It is therefore possible to calibrate the computer with the values obtained from a signal train and to carry out the interpolation calculation of the following signal trains taking into account the correction values determined during the calibration, so that in practice the calculation is based on an ideal signal curve.
Im Rechner kann man eine Kalibrierung theoretisch mit jedem Signalzug vornehmen. Hier wäre sogar nach einer Möglichkeit eine Verzögerung der Analogsignale möglich, so dass ein Signalzug schon mit dem durch ihn selbst kalibrierten Rechner verarbeitet wird. In der Praxis genügt es aber, für fast alle vorkommenden Fälle, die Kalibrierung des Rechners nur unterhalb einer bestimmten Abtastgeschwindigkeit oder periodisch vorzunehmen. Vorwiegend werden für die Kalibrierung die Maxima und Minima der Analogsignale verwendet. Man kann auch eine Kalibrierung des Rechners mit einer einen vollständigen Signalzug der Messsignale entsprechenden Folge von Digitalwerten vornehmen. In theory, a calibration can be carried out in the computer with every signal train. Here, a delay of the analog signals would even be possible, so that a signal train is already processed with the computer that it calibrated itself. In practice, however, it is sufficient, for almost all cases, to calibrate the computer only below a certain scanning speed or periodically. The maxima and minima of the analog signals are mainly used for calibration. The computer can also be calibrated with a sequence of digital values corresponding to a complete signal train of the measurement signals.
Eine Kalibrierung ist vor jeder Messung oder als Bestandteil der jeweiligen Messung möglich. Eine Messstrecke ergibt sich jeweils als Summe aus den zurückgelegten vollständigen Signalzügen und denSignalzugbruchteilen. Die Signalzüge können über eigene Zähler oder über zählerähnliche Einrichtungen im Rechner erfasst werden. Für die Signalzugbruchteile wird die Interpolationsberechnung vorgenommen. Wird der Rechner erst während der Messung kalibriert, kann man die vor dem ersten vollständigen Signalzug auftretenden Signalzugbruchteile speichern und erst nach der Kalibrierung vom Speicher in die Berechnung abrufen. Calibration is possible before each measurement or as part of the respective measurement. A measuring section is the sum of the complete signal trains and the signal train fractions. The signal trains can be recorded on their own counter or on counter-like devices in the computer. The interpolation calculation is carried out for the signal train fractions. If the computer is only calibrated during the measurement, the signal train fractions occurring before the first complete signal train can be saved and only called up from the memory into the calculation after the calibration.
Beim erfindungsgemässen Verfahren müssen die Analogsignale vor der Digitalisierung nicht immer korrigiert werden. In the method according to the invention, the analog signals do not always have to be corrected before digitization.
Dies ermöglicht in weiterer Folge Massnahmen, die bei bekannten Verfahren vom System her ausgeschlossen sind. Man kann nämlich nach einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens von der Überlagerung ausgehen, dass bestimmte Abweichungen in der Signalform von einem Idealverlauf mit einem möglichen systematischen Messfehler verknüpft sein können. Änderungen der relativen Phasenlage der Messsignale und ihrer Gleichspannungsanteile können mit geringen Schrägstellungen der Abtasteinheit gegenüber dem Massstab zusammenhängen. Aus diesen Erkenntnissen kann man die Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 9 und 10 vorsehen und damit Abweichungen des Verlaufes einer Messstrecke vom Verlauf des Massstabes usw. berücksichtigen. Die bisher bei diesen Messungen auftretenden Fehler waren wesentlich grösser als die bei der Interpolationsberechnung möglichen Fehler und konnten sogar in der Grössenordnung einiger Zählschritte liegen. Es wäre auch möglich, die erwähnten Abweichungen mit Hilfe eigener Fühler zu erfassen. This subsequently enables measures that are excluded from the system in known methods. In fact, according to a further development of the method according to the invention, it can be assumed from the superposition that certain deviations in the signal form from an ideal course can be linked to a possible systematic measurement error. Changes in the relative phase position of the measurement signals and their DC voltage components can be related to slight inclinations of the scanning unit relative to the scale. From these findings, the method steps according to claims 9 and 10 can be provided and thus deviations of the course of a measurement section from the course of the scale etc. can be taken into account. The errors that have so far occurred in these measurements were significantly larger than the errors possible in the interpolation calculation and could even be in the order of a few counting steps. It would also be possible to record the deviations mentioned using your own sensors.
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 11. Die abhängigen Patentansprüche 12 und 13 gegen vorteilhafte Weiterbildungen der Messeinrichtung an. Der abhängige Patentanspruch 14 kennzeichnet eine Messeinrichtung, bei der die Ausnützung von in Signaländerungen enthaltenden und durch Signalabweichungen ausdrückbaren Informationen möglich ist. Nimmt man an, dass im einfachsten Fall die beiden dort erwähnten Gitter gegengleich geneigt sind, so ergibt sich in den ihnen zugeordneten Ableseeinheiten in der Normalstellung gegenüber dem Massstab eine bestimmte Phasenlage und ein bestimmter Gleichspannungsanteil bei den erzeugten Messsignalen. Wird die Ableseeinheit verkantet, so kommen die Rasterstriche des einen Gittern näher zur Parallellage mit den Teilungsstrichen des Massstabes und gleichzeitig nimmt die Neigung der Rasterstriche des anderen Gitters gegenüber den Teilungsstrichen des Massstabes zu. Der Gleichspannungsanteil in jedem Messsignal, das über das sich der Parallellage zum Massstab nähernde Gitter erzeugt wird, wird abnehmen und die Signalamplitude wird zunehmen. Bei dem über das andere Gitter erzeugten Messsignal wird mit zunehmender Neigung zum Massstab der Gleichspannungsanteil zu- und die Signalamplitude abnehmen. Schon daraus kann die Neigungsrichtung und die exakte Neigung bestimmt werden. Es ändert sich auch die relative Phasenlage der beiden Messsignale. Bei den meisten Messeinrichtungen wird mit vier Gittern gearbeitet, wobei die den Gittern zugeordneten Empfänger paarweise in Anti-parallelschaltung verbunden sind. Stehen vier Gitter zur Verfügung, kann man bei entsprechender Gitteranordnung aus der Signalform und -läge eine noch genauere Aussage über allfällige Verkantungen erzielen. Lageänderungen der Abtasteinheit quer zur Messrichtung könnten auch über eigene Abtastspuren und zugeordnete Abtastableseeinheiten festgestellt werden. Die Abweichungen können bei der Interpolationsberechnung aber auch dazu benützt werden, um die Messung nicht auf den Massstab, sondern auf eine Messstrecke oder einen entlang der Messstrecke verstellbaren Teil zu beziehen. A measuring device with the features of the characterizing part of claim 11 is used to carry out the method. Dependent claims 12 and 13 against advantageous developments of the measuring device. The dependent claim 14 characterizes a measuring device in which the use of information contained in signal changes and expressible by signal deviations is possible. Assuming that, in the simplest case, the two grids mentioned there are inclined in opposite directions, then in the reading units assigned to them, in the normal position relative to the scale, there is a certain phase position and a certain DC voltage component in the generated measurement signals. If the reading unit is tilted, the grid lines of the one grating come closer to the parallel position with the graduation lines of the scale and at the same time the inclination of the grid lines of the other grid increases with respect to the scale lines of the scale. The DC voltage component in each measurement signal, which is generated via the grid approaching the parallel position to the scale, will decrease and the signal amplitude will increase. In the case of the measurement signal generated via the other grating, the DC voltage component increases and the signal amplitude decreases with increasing inclination to the scale. From this the direction of inclination and the exact inclination can be determined. The relative phase position of the two measurement signals also changes. Most measuring devices work with four gratings, the receivers assigned to the gratings being connected in pairs in anti-parallel connection. If four grids are available, you can get an even more precise statement about any tilting from the signal shape and position if the grid is arranged appropriately. Changes in the position of the scanning unit transversely to the measuring direction could also be ascertained via separate scanning tracks and assigned scanning reading units. The deviations can also be used in the interpolation calculation to relate the measurement not to the scale, but to a measuring section or a part that can be adjusted along the measuring section.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt: The subject matter of the invention is illustrated in the drawing, for example. It shows:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Messeinrichtung im Blockschaltschema und 1 a measuring device according to the invention in the block circuit diagram and
Fig. 2 einen möglichen Signalverlauf von bei der Abtastung erhaltenen Analogsignalen und daraus berechneten normierten Signalen, die der Interpolationsberechnung zugrundegelegt werden. FIG. 2 shows a possible signal curve of analog signals obtained during the scanning and standardized signals calculated therefrom, which are used as the basis for the interpolation calculation.
Beim Ausführungsbeispiel wurde ein Linearmassstab dargestellt, der eine Inkrementalteilung aufweist. Es könnte auch auf einem bogen- oder kreisförmigen Träger eine inkrementale Winkelteilung vorgesehen sein. Zur Abtastung des Massstabes 1 wird eine Abtasteinheit 2 vorgesehen. Bei einer optoelektronischen Abtastung enthält die Abtasteinheit 2 Beleuchtungseinrichtungen für den Massstab, Abtastgitter mit der Massstabteilung entsprechender Teilung, die gegeneinander zusätzlich zu ihrem Versatz um mehrere ganze Teilungsinkremente auch um im voraus genau bestimmte Bruchteile der Massstabteilung versetzt sind, und lichtempfindliche Sensoren beispielsweise Phototransistoren die bei der Relativverstellung der Abtasteinheit 2 gegenüber dem Massstab 1 ihrer Beleuchtungsänderung durch das zugeordnete Gitter entsprechende Signale erzeugen. Diese Signale sin a, cos a werden in weiterer Folge als analoge Messsi5 In the exemplary embodiment, a linear scale was shown that has an incremental division. An incremental angular division could also be provided on an arched or circular support. A scanning unit 2 is provided for scanning the scale 1. In the case of an optoelectronic scanning, the scanning unit contains 2 lighting devices for the scale, scanning grids with the scale division corresponding to the scale, which are offset from one another in addition to their offset by several whole graduation increments and by precisely determined fractions of the scale division, and light-sensitive sensors, for example phototransistors which are used in the Relative adjustment of the scanning unit 2 with respect to the scale 1 of its change in lighting generate corresponding signals by the assigned grating. These signals sin a, cos a are subsequently called analog measurement signals
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
666 348 666 348
gnale bezeichnet. Beim Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass zwei in ihrer Grundform sinusförmige Signalzüge erzeugt werden, deren Signallänge einer aus einem Hell- und Dunkelfeld bestehenden Massstabeinheit entspricht und die gegeneinander um einen Sollwert von 90° phasenverschoben sind. referred to gnale. In the exemplary embodiment, it is assumed that two signal trains are generated which are sinusoidal in their basic form, the signal length of which corresponds to a scale unit consisting of a light and dark field and which are mutually phase-shifted by a setpoint of 90 °.
Die Messsignale sin a, cos a werden auf Leitungen'3, 4 gelegt und schliesslich über einen Rechner 5 ausgewertet, dem eine Anzeige- oder Steuereinheit 6 nachgeordnet ist. The measurement signals sin a, cos a are placed on lines 3, 4 and finally evaluated by a computer 5, to which a display or control unit 6 is arranged.
Der Rechner 5 erhält einerseits über eine Leitung 7 Zähloder Synchronisiersignale und wird anderseits von einem AD/ Wandler 8 her mit Digitalwerten beaufschlagt. On the one hand, the computer 5 receives counting or synchronization signals via a line 7 and, on the other hand, an AD / converter 8 applies digital values to it.
Für die Erzeugung der dem Rechner 5 über die Leitung 7 zuzuführenden Zähl- oder Synchronisiersignale werden die auf den Leitungen 3, 4 liegenden analogen Messsignale über Kom-paratoren bzw. Triggerstufen 9, 10 jeweils beim Nulldurchgang in Rechtecksignale umgewandelt, die an einen Richtungsdiskri-minator 11 gelegt werden, der daraus, welches der beiden auf den Leitungen 3, 4 liegenden Messsignale sin a, cos a dem anderen voreilt, die jeweilige Verstellrichtung der Abtasteinheit 2 gegenüber dem Massstab 1 bestimmt, also als Richtungserkennungsstufe dient und auf eine Leitung 12 ein Richtungssignal legt. Beim Ausführungsbeispiel wird dieses Richtungssignal zur Steuerung eines Vor- Rückwärtszählers 13 verwendet, dem auch das eine der umgeformten Messsignale zugeführt wird, so dass er entsprechend den Flanken des Rechtecksignals zählt, wobei die Zählrichtung über die Leitung 12 eingesteuert wird und der Zählerstand ein ganzzahliges Vielfaches des in Inkrementen ausgedrückten Abstandes des jeweiligen Messpunktes von einem Bezugspunkt, bei dem der Zähler auf Null stand bzw. der vorige Zählerwert erfasst wurde, ist. Die Zählsignale werden auf die Leitung 7 gelegt. Bei entsprechender Organisation des Rechners 5 sind auch Ausführungen möglich, bei denen der Rechner 5 nur Richtungserkennungssignale erhält oder sogar Zähler und Richtungserkennungsstufe in den Rechner integriert sind. Hier können zwei gegengleich geschaltete Zähleinrichtungen verwendet werden, von denen die eine nur bei der Verstellrichtung vorwärts und die andere nur bei der Verstellrichtung rückwärt zählt, wobei der Rechner die Zählerstände periodisch abfragt und aus ihnen den zurückgelegten Weg in vollen Inkrementen berechnet. Der andere Extremfall besteht darin, über einen Vor- Rückwärtszähler 13 einen Teil der Anzeige 6 unmittelbar zusteuern, über die Zählsignale nur eine Synchronisierung des Rechners 5 vorzunehmen und den Rechner nur für die Interpolationsberechnung von Teilungsinkrementen auszunützen. For the generation of the counting or synchronization signals to be fed to the computer 5 via the line 7, the analog measurement signals on the lines 3, 4 are converted into square-wave signals via comparators or trigger stages 9, 10 each at zero crossing, which are sent to a directional discriminator 11 are placed, which determines which of the two measurement signals sin a, cos a lying on the lines 3, 4 leads the other, the respective adjustment direction of the scanning unit 2 relative to the scale 1, i.e. serves as a direction detection stage and a direction signal on a line 12 sets. In the exemplary embodiment, this direction signal is used to control an up-down counter 13, to which one of the converted measurement signals is also supplied, so that it counts according to the edges of the square-wave signal, the counting direction being activated via line 12 and the counter reading being an integral multiple of that is the distance, expressed in increments, of the respective measuring point from a reference point at which the counter was at zero or the previous counter value was recorded. The count signals are placed on line 7. With a corresponding organization of the computer 5, designs are also possible in which the computer 5 only receives direction detection signals or even counters and direction detection stages are integrated in the computer. Two counter devices connected in opposite directions can be used here, one of which only counts upward in the direction of adjustment and the other only counts downward in the direction of adjustment, the computer periodically querying the counter readings and calculating the distance traveled from them in full increments. The other extreme case is to directly control a part of the display 6 via an up-down counter 13, to only synchronize the computer 5 via the count signals and to use the computer only for the interpolation calculation of division increments.
Beim Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Rechner 5 über die Leitung 7 mit den Zählsignalen beaufschlagt wird. In the exemplary embodiment, it is assumed that the computer 5 is supplied with the count signals via the line 7.
Zur Verringerung des Schaltungsaufwandes und um insbesondere mit nur einem AD/Wandler 8 das Auslangen zu finden, wird beim Ausführungsbeispiel ein Multiplexer 14, also praktisch ein elektronischer Umschalter verwendet. Dieser Multiplexer 14 erhält vom Rechner 5 über eine Leitung 15 Steuerbefehle und verbindet entsprechend diesen Befehlen seine Eingänge 16 bis 19 mit einem zum AD/Wandler 8 führenden Ausgang 20. Die Eingänge 16 und 17 liegen an Maxima-Minima-Detekto-ren 21, 22, die an die Leitungen 3, 4 anschliessen, wogegen die Eingänge 18 und 19 unmittelbar mit den Leitungen 3, 4 verbunden sind, also mit den analogen Messsignalen sin a, cos a beaufschlagt werden. Am Multiplexer 14 bzw. AD/Wandler 8 können wie üblich, Latch-and-Hold-Einrichtungen vorgesehen werden und der AD/Wandler wird mit Vorspeichern versehen. To reduce the circuit complexity and in particular to find sufficiency with only one AD / converter 8, a multiplexer 14, that is to say practically an electronic switch, is used in the exemplary embodiment. This multiplexer 14 receives control commands from the computer 5 via a line 15 and, in accordance with these commands, connects its inputs 16 to 19 to an output 20 leading to the AD / converter 8. The inputs 16 and 17 are connected to maximum-minimum detectors 21, 22 , which connect to the lines 3, 4, whereas the inputs 18 and 19 are directly connected to the lines 3, 4, that is, the analog measurement signals sin a, cos a are applied to them. Latch-and-hold devices can be provided on the multiplexer 14 or AD / converter 8, as usual, and the AD / converter is provided with pre-memories.
Am AD/Wandler liegen beim Einschalten des Systems über die Eingänge 18,19 zugeführte analoge Messsignale sin a, cos a an, die der momentanen Stellung der Abtasteinheit 2 über der Messteilung des Massstabes 1 entsprechen und deren jeweilige Grösse dem Ausmass der Abdeckung der Inkremente der Messteilung durch die Gitterinkremente der Ablesegitter entspricht. When the system is switched on, analog measuring signals sin a, cos a are applied to the AD converter when the system is switched on, which correspond to the current position of the scanning unit 2 above the measuring scale of the scale 1 and whose respective size corresponds to the extent of the coverage of the increments Measurement division by the grid increments of the reading grid corresponds.
Die jeweiligen Werte sin a, cos a werden digitalisiert und in einen Speicher des Rechners 5 eingegeben. Beim weiteren Messverlauf werden, sofern eine Verstellung der Abtasteinheit 2 um wenigstens ein Doppelinkrement erfolgt ist, die Maxima und v 5 Minima sin max, sin min, cos max, cos min, der auf den Lei-* tungen 3, 4 liegenden analogen Messsignale sin a, cos a über die Detektoren 21, 22 erfasst und über den Multiplexer 14 dem AD/Wandler 8 und damit dem Rechner 5 zugeführt. Der Rechner wird durch diese Werte, beispielsweise wie dies noch im Zu-lo sammenhang mit Fig. 2 beschrieben wird, kalibriert und berechnet Korrekturwerte für einen Sollverlauf der Messsignale. Nach der Kalibrierung ist der Rechner 5 in der Lage, jedem ihm zugeführten an den Eingängen 18, 19 anliegenden, momentanen, analogen Messsignalwert sin a, cos a, der im AD/Wandler 15 digitalisiert wird, einen entsprechenden Wert am idealen Signalverlauf zuzuordnen und nach diesem Wert die Interpolationsberechnung vorzunehmen. The respective values sin a, cos a are digitized and entered into a memory of the computer 5. In the further course of the measurement, provided that the scanning unit 2 has been adjusted by at least one double increment, the maxima and v 5 minima sin max, sin min, cos max, cos min, of the analog measurement signals lying on lines 3, 4 are sin a, cos a detected by the detectors 21, 22 and fed to the AD / converter 8 and thus to the computer 5 via the multiplexer 14. The computer is calibrated by these values, for example as will be described in connection with FIG. 2, and calculates correction values for a set course of the measurement signals. After calibration, the computer 5 is able to assign a corresponding value to the ideal signal curve to each instantaneous, analog measurement signal value sin a, cos a present at the inputs 18, 19, which is digitized in the AD / converter 15, and after the interpolation calculation using this value.
Bei der weiteren Messung werden die analogen Messsignale sin a, cos a aus den Leitungen 3, 4 über die Eingänge 18 und 19 20 des Multiplexers nacheinander auf den AD/Wandler abgefragt. Die zugeordneten Digitalwerte werden dem Rechner zugeführt und in diesem, soweit erforderlich, entsprechend der Kalibrierung umgerechnet. Bei einer Mindestverstellgeschwindigkeit (Abtastgeschwindigkeit) werden ferner entweder im Abfrage-25 takt des Rechners 5 oder in Abhängigkeit von der Abtastgeschwindigkeit immer wieder vollständige Signalzüge sin a, cos a bzw. ihre Maxima- und Minimawerte neu abgefragt und für die neuerliche Kalibrierung bzw. Nachkalibrierung des Rechners 5 herangezogen. Aus den Zählsignalen, die über die Leitung 7 zu-30 geführt werden und die im Extremfall nur der Synchronisierung zu dienen'brauchen und den auf den Sollverlauf umgerechneten digitalisierten Messsignalen wird im Rechner 5 die Ist-Position berechnet und der Anzeige 6 zugeführt. Bei der Interpolationsberechnung erfolgt die Unterteilung des Massstabes in kleinere 35 Einheiten, beispielsweise in Mikrometer und Zehntelmikrometer. Zur genauen Positionsbestimmung ist es an sich nur nötig, die zwischen Messbeginn und Messende liegenden, vollen Mass-stabteilstücke zu erfassen und die Bruchteile der Massstabteilung vor dem ersten vollen Teilstück — bezogen auf das analo-40 ge Messsignal sin a, cos a — vor dem ersten Nulldurchgang oder, bezogen auf das der Korrekturberechnung unterzogenen Messsignal vor dem ersten Nulldurchgang bzw. den ersten Maximal oder Minima des korrigierten Messsignals und ab dem letzten charakteristischen Punkt (Nulldurchgang usw.) des 45 Messsignals zu erfassen und der Interpolationsberechnung zu unterziehen. Aus dem zu Beginn der Messung festgehaltenen Speicherwert wird zu diesem Zweck über den kalibrierten Rechner ein Korrekturwert abgerufen wobei der diesem Korrekturwert zugeordnete Abstand vom ersten charakteristischen Punkt 50 des korrigierten Signals berechnet wird. Dieser einem Teilungsbruchteil entsprechende Abstand der aus dem Inkremental-bruchteil nach dem letzten charakterischen Wert des korrigierten Messsignals durch Interpolationsberechnung bestimmte Wert sowie die festgehaltene Summe der Anzahl der Null- Ma-55 xima- oder Minima- Durchgänge wird im Rechner 5 zum endgültigen Anzeigeergebnis verknüpft. In the further measurement, the analog measurement signals sin a, cos a from lines 3, 4 are interrogated one after the other to the AD / converter via inputs 18 and 19 20 of the multiplexer. The assigned digital values are fed to the computer and, where necessary, converted in accordance with the calibration. At a minimum adjustment speed (scanning speed), complete signal trains sin a, cos a or their maximum and minimum values are again and again queried either in the polling cycle of the computer 5 or depending on the scanning speed and for the new calibration or recalibration of the Calculator 5 used. The actual position is calculated in the computer 5 from the counting signals which are routed via line 7 to line 30 and which in extreme cases only need to be used for synchronization, and the digitized measurement signals converted to the desired profile and fed to display 6. In the interpolation calculation, the scale is subdivided into smaller 35 units, for example in micrometers and tenths of a micrometer. For exact position determination, it is only necessary per se to record the full scale sections lying between the start and end of the measurement and the fractions of the scale division before the first full section - based on the analog measurement signal sin a, cos a - before first zero crossing or, based on the measurement signal subjected to the correction calculation, before the first zero crossing or the first maximum or minimum of the corrected measurement signal and from the last characteristic point (zero crossing etc.) of the 45 measurement signal and to be subjected to the interpolation calculation. For this purpose, a correction value is called up from the stored value recorded at the start of the measurement via the calibrated computer, the distance assigned to this correction value from the first characteristic point 50 of the corrected signal being calculated. This distance, which corresponds to a divisional fraction, the value determined from the incremental fraction after the last characteristic value of the corrected measurement signal by interpolation calculation, and the recorded sum of the number of zero-Ma-55 xima or minimum passes is linked in the computer 5 to the final display result.
Die dargestellte Schaltung stellt eine Sparschaltung dar. Es wäre auch möglich, beide analoge Messsignale sin a, cos a über an die Leitungen 3, 4 anschliessende AD/Wandler zu führen 60 und die Digitalwerte gleich auf den Rechner 5 zu legen. Dabei würde der Rechner nicht mit den Maxima- und Minimawerten sin max, sin min, cos max, cos min allein, sondern jeweils mit dem ersten anfallenden vollständigen Signalzug der analogen Messsignale — natürlich in digitalisierter Form — kalibriert. 65 Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben werden wird, wird im Rechner eine Korrektur der Messsignale bezüglich der gegenseitigen Phasenlage, der Gleichspannungsanteile des jeweiligen Verlaufes vorgenommen. Man kann darüber hinaus bei The circuit shown represents an economy circuit. It would also be possible to carry both analog measurement signals sin a, cos a 60 via AD / converters connected to lines 3, 4 and to place the digital values directly on the computer 5. The computer would not be calibrated with the maximum and minimum values sin max, sin min, cos max, cos min alone, but each time with the first complete signal train of the analog measurement signals, of course in digitized form. 65 As will be described in connection with FIG. 2, the measurement signals are corrected in the computer with respect to the mutual phase position, the DC voltage components of the respective curve. You can also go to
666 348 666 348
6 6
der Berechnung der Änderungen der Phasenlage und der Gleichspannungsanteile der Messsignale sin a, cos a berechnen, wobei diese Änderungen als Mass für die Verstellung der Abtasteinheit 2 gegenüber einer Sollage zum Massstab 1 Berücksichtigung finden können. Ist die Abtasteinheit 2 mit einem Werkzeug verbunden und gibt man in den Rechner 5 den Abstand des Werkzeugeingriffspunktes vom Massstab ein, kann man ein Vor- oder Nacheilen des Werkzeugeingriffspunktkes gegenüber dem Abtastpunkt der Abtasteinheit nach der Änderung der Gleichspannungsanteile und der Phasenlage der Messsignale ermitteln und im Bedarfsfall an der Anzeige gleich die echte Position des Eingriffspunktes und nicht die Messposition, die das durch Belastung auftretende Vor bzw. Nacheilen des Werkzeuges nicht berücksichtigt, darstellen. Auch ein schräger Verlauf des Massstabes gegenüber einer Messstrecke kann kompensiert werden. the calculation of the changes in the phase position and the DC voltage components of the measurement signals sin a, cos a, these changes being able to be taken into account as a measure for the adjustment of the scanning unit 2 in relation to a target position for scale 1. If the scanning unit 2 is connected to a tool and the distance of the tool engagement point from the scale is entered into the computer 5, one can determine whether the tool engagement point is ahead or behind the scanning point of the scanning unit after the change in the DC voltage components and the phase position of the measurement signals and in If necessary, the display immediately shows the real position of the engagement point and not the measuring position, which does not take into account the tool's advance or lag due to load. An oblique course of the scale in relation to a measuring section can also be compensated for.
Die Normierung der Messsignale auf einen korrigierten Sollverlauf soll anhand der Fig. 2 der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Fig. 2 sind übereinandner in vereinfachter Darstellungsweise jeweils ein bei der Abtastung des Inkrementalmassstabes 1 tatsächlich erhaltenes Sinussignal sin a und ein gegenüber diesem Sinussignal sin a phasenverschobenes Cosinussignal cos a sowie darunter die aus diesen Messsignalen im Rechner 5 gewonnenen und der Berechnung zugrundegelegten korrigierten Messsignale sinNa und cosNa dargestellt. The normalization of the measurement signals to a corrected set course is to be explained in more detail with reference to FIG. 2 of the drawing. In FIG. 2, in a simplified representation, one above the other is a sine signal sin a actually obtained when the incremental scale 1 is scanned and a cosine signal cos a which is phase-shifted with respect to this sine signal sin a, as well as the corrected measurement signals obtained from these measurement signals in the computer 5 and on which the calculation is based sinNa and cosNa shown.
Der in Fig. 2 oben dargestellte tatsächliche Verlauf der Messsignale sin a, cos a gibt folgendes Bild: The actual course of the measurement signals sin a, cos a shown in FIG. 2 gives the following picture:
Das aus der Abtastung des Inkrementalmassstabes 1 erhaltene Messsignal sin a hat einen Gleichspannungspegel DC sin, der gegenüber dem erwünschten Nullpegel um einen bestimmten Wert verschoben ist. Beim Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass auch die tatsächlien Amplituden des Sinus- und Cosinussignals sin a, cos a verschieden sind, wobei das Cosinussignal cos a einen negativen Gleichspannungspegel DC cos enthält. The measurement signal sin a obtained from the scanning of the incremental scale 1 has a DC voltage level DC sin which is shifted by a certain value in relation to the desired zero level. In the exemplary embodiment, it is assumed that the actual amplitudes of the sine and cosine signals sin a, cos a are different, the cosine signal cos a containing a negative DC voltage level DC cos.
Für die Interpolationsberechnung sind die beiden Messsignale sin a, cos a ohne sonstigie Massnahmen nicht brauchbar. Zur Erzielung brauchbarer, auf eine bestimmte Amplitudenhöhe normierter Messsignale sinNa, cosNa (Fig. 2 unten) wird wie folgt vorgegangen: The two measurement signals sin a, cos a cannot be used for the interpolation calculation without other measures. To achieve usable measurement signals sinNa, cosNa standardized to a certain amplitude level (Fig. 2 below), the procedure is as follows:
Durch Spitzendetektion werden zunächst die Maximal- und Minimalwerte sin max, sin min, cos max, cos min des Sinus-und Cosinussignals, bezogen auf die Nullinie detektiert. Der Gleichspannungspegel der beiden Signale lässt sich wie folgt berechnen: Peak detection first detects the maximum and minimum values sin max, sin min, cos max, cos min of the sine and cosine signals, based on the zero line. The DC voltage level of the two signals can be calculated as follows:
sin max. + sin min. sin max. + sin min.
A-'^-(offset) sin. — A - '^ - (offset) sin. -
2 2nd
(I) (I)
cos max. + cos min. cos max. + cos min.
-»-'^(offset) cos — - »- '^ (offset) cos -
2 2nd
Die mittlere Amplitudenhöhe bzw. die tatsächliche, auf die um den DC-Anteil versetzte Nullinie bezogene Amplitudenhöhe ASin, Acos der beiden Signale sin a, cos a ergibt sich wie folgt: The mean amplitude level or the actual amplitude level ASin, Acos of the two signals sin a, cos a, based on the zero line offset by the DC component, results as follows:
. sin max. - sin min. . sin max. - sin min.
Asin = Asin =
2 (II) 2 (II)
A _ cos max. - cos min. A _ cos max. - cos min.
Acos Acos
2 2nd
In (I) und (II) ist vorzeichenrichtig zu rechnen, d.h. im Zähler schein in (I) die Differenz und in (II) die Summe der Absolutwerte der jeweiligen Maxima und Minima auf. In (I) and (II) the correct sign is to be calculated, i.e. the difference appears in the counter in (I) and in (II) the sum of the absolute values of the respective maxima and minima.
Die nächste Korrekturstufe besteht darin, das anstehende Sinus- bzw. Cosinussignal sin a, cos a auf die Normalamplitudenhöhe An (Fig. 2 unten) zu bringen, d.h. diese Normalamplitudenhöhe aus der tatsächlichen Amplitudenhöhe zu berechnen. Um dies zu ermöglichen, werden für das anstehende Signal Korrekturfalctoren (ksjn bzw. kcos) nach den Formeln The next correction stage is to bring the pending sine or cosine signal sin a, cos a to the normal amplitude level An (Fig. 2 below), i.e. to calculate this normal amplitude height from the actual amplitude height. In order to make this possible, correction factors (ksjn or kcos) for the pending signal are made according to the formulas
An At
An berechnet, in welchen Formeln An die für beide Signale gleich angenommene Normalamplitudenhöhe (Maximalwert) bedeutet. An calculates in which formulas An means the normal amplitude height (maximum value) assumed to be the same for both signals.
Aus obigen Überlegungen kann nun im Rechner eine Normierung des Eingangssignals sin a, cos a in zwei Schritten vorgenommen werden. Im ersten Schritt wird der Gleichstrompegel (DCoffset) eliminiert, so dass die in Fig. 2 oben dargestellten Sinus- bzw. Cosinussignale sin a, cos a rechnerisch um den jeweiligen Gleichspannungsanteil versetzt werden, also auf die Normalnullinie bezogen sind. Um dies zu erreichen, wird das anstehende Sinus- bzw. Cosinussignal sin a, cos a (also nicht mehr die detektierten Maximalwerte) im Rechner mit dem jeweiligen Gleichspannungspegel (DCSin, DCcos verknüpft. Es ergeben sich dann vom Gleichspannungspegel befreite, berechnete Signale sin a und cos a nach der Formel sin a = sin a - DC Si„ For the above considerations, the input signal sin a, cos a can now be normalized in two steps in the computer. In the first step, the direct current level (DCoffset) is eliminated, so that the sine and cosine signals sin a, cos a shown in FIG. 2 above are arithmetically offset by the respective DC voltage component, that is to say they are related to the normal zero line. In order to achieve this, the pending sine or cosine signal sin a, cos a (ie no longer the detected maximum values) is linked in the computer to the respective DC voltage level (DCSin, DCcos. The result is calculated signals sin a that are freed from the DC voltage level and cos a according to the formula sin a = sin a - DC Si "
(IV) (IV)
cos a = cos a - DC cos cos a = cos a - DC cos
Im zweiten Schritt wird die Normierung auf die Normalamplitude nach der Formel sinN a = sin a x kSj„ In the second step, the normalization to the normal amplitude is carried out according to the formula sinN a = sin a x kSj "
(V) (V)
cosn a = cos a x kcos berechnet. cosn a = cos a x kcos calculated.
Beim Betrieb der Messeinrichtung wird angenommen, dass die Normierung für eine Reihe von aufeinanderfolgenden Signalzügen des gleichen Messsignals sin a, cos a gleichbleiben kann d.h., dass sich DC-Pegel DCSin und DCcos und Korrekturfaktoren kSi„, Kcos nicht ändern. Das Rechnerprogramm kann so gewählt werden, dass der Rechner 5 immer dann, wenn die Abtastgeschwindigkeit des Massstabes 1 unter einen bestimmten Wert sinkt, neue an den Detektoren anstehende Spitzenwerte erfasst und daraus die PC-Pegel DCSjn, DCcos und die Korrekturwerte für die folgenden Korrekturen neu berechnet. When operating the measuring device, it is assumed that the standardization for a series of successive signal trains of the same measurement signal sin a, cos a can remain the same, i.e. that DC levels DCSin and DCcos and correction factors kSi “, Kcos do not change. The computer program can be selected so that whenever the scanning speed of the scale 1 drops below a certain value, the computer 5 detects new peak values pending at the detectors and from them the PC levels DCSjn, DCcos and the correction values for the subsequent corrections calculated.
Für die Interpolationsberechnung werden vorteilhaft jene Bereiche der Messsignale sin a, cos a bzw. der normierten Messsignale sinNa, cosNa herangezogen, in denen diese einen möglichst linearen Verlauf besitzen. Es ist daher vorteilhaft, sofern man keine brauchbaren Dreieckssignale anstelle der Sinus- und Cosinussignale zur Verfügung hat, jeweils nur bestimmte Bereiche des Signalverlaufes für die Interpolationsberechnung heranzuziehen. Dazu werden, vereinfacht ausgedrückt, zu jedem möglichen Absolutwert des normierten Sinus- bzw. Cosinussignals in einer Interpolationstabelle des Rechnerspeichers oder eines angeschlossenen Speichers Interpolationswerte gespeichert. For the interpolation calculation, those areas of the measurement signals sin a, cos a or of the standardized measurement signals sinNa, cosNa are advantageously used in which these have a linear course as possible. It is therefore advantageous, provided that no usable triangle signals are available instead of the sine and cosine signals, that only certain areas of the signal curve are used for the interpolation calculation. To put it simply, for each possible absolute value of the normalized sine or cosine signal, interpolation values are stored in an interpolation table in the computer memory or in a connected memory.
Der «mögliche» Absolutwert wird, wie erwähnt, im Bereich des linearen Verlaufes des Sinus- bzw. Cosinussignals erfasst. Der Rechner 5 wird zusätzlich durch die sich beim Nulldurchgang der normierten Messsignale erfassbaren Taktsignale gesteuert. Eine «Länge» ergibt sich aus der Summe der genannten As mentioned, the “possible” absolute value is recorded in the area of the linear curve of the sine or cosine signal. The computer 5 is additionally controlled by the clock signals which can be detected when the standardized measurement signals pass through zero. A «length» results from the sum of the above
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 7
666 348 666 348
beim Nulldurchgang ausgetriggerten Taktsignale und der über die Anzahl der Taktsignale hinaus erfassten Signalfragmente, die der Interpolationsberechnung aufgrund des Momentanwer-tes des jeweiligen Messsignals unterzogen werden.Über die «Taktsignale» kann man auch eine Umschaltung vornehmen, in der für die Interpolationsberechnung vom Sinus- auf das Cosinussignal (sinN bzw. cosn) und umgekehrt umgeschaltet wird. Die Interpolationstabelle kann für die Interpolation nach sinN bzw. cosn gleichbleiben. Durch die bei den Nulldurchgängen erfassten Taktsignale wird der jeweilige Modus der Interpolationsberechnung vorbestimmt. Bezogen auf das Messsignal kann die Interpolationsberechnung (Fig. 2 unten) von 0 bis 45° dem shiN-Signal dann von 45 bis 135° dem cosN-Signal von 135 bis 225° wieder dem sinN-Signal usw. folgen. Clock signals triggered at zero crossing and the signal fragments recorded in addition to the number of clock signals, which are subjected to the interpolation calculation on the basis of the instantaneous value of the respective measurement signal. Via the "clock signals", it is also possible to switch over from sine to for the interpolation calculation the cosine signal (sinN or cosn) and vice versa. The interpolation table can remain the same for interpolation according to sinN or cosn. The respective mode of the interpolation calculation is predetermined by the clock signals detected at the zero crossings. Based on the measurement signal, the interpolation calculation (Fig. 2 below) from 0 to 45 ° can follow the shiN signal from 45 to 135 °, the cosN signal from 135 to 225 ° again the sinN signal, etc.
Den obigen Ausführungen hegt die Annahme zugrunde, The above statements are based on the assumption
dass die Signalform bei der Messeinrichtung erhalten bleibt. Oben wurde auch angenommen, dass die Phasenverschiebung von sinNa und cosNa 90° beträgt. that the signal shape is retained in the measuring device. It was also assumed above that the phase shift of sinNa and cosNa is 90 °.
Um auch eine Phasenverschiebung der Messsignale, also Abweichungen von der beim Ausführungsbeispiel 90° betragenden Phasenverschiebung ausgleichen zu können, ist eine weitere Korrekturstufe vorgesehen. Diese umfasst vom Rechner 5 gesteuerte Latch-and-Hold-Einrichtungen für die beiden Messsignale. Diese werden vom Rechner 5 in seinem Arbeitstakt aktiviert und halten den momentan anstehenden Wert der Signale sinNa bzw. cosNa fest. Eines der beiden Signale wird als Leitsignal angenommen. Nimmt man sinNa als Leitsignal, dann wird — über den Rechner gesteuert — in der Interpolationstabelle nachgesucht, welchem Signalbereich der momentan anstehende s Wert entspricht. Beispielsweise wird ein Wert ermittelt, der sinNa von 48° entspricht. Gleichzeitig wird auch für coswa der Tabellenwert ermittelt. Es möge sich ein cosNa von 56° ergeben. Dies bedeutet, dass das cosNa-Signal dem Sollverlauf von 90° um 8° voreilt. Die ermittelte Abweichung wird gespeichert. Bei io der Interpolation nach dem cosNa-Signal wird in der Interpolationstabelle um den Korrekturwert versetzt ausgelesen, d.h. es wird eine Korrektur vorgenommen, die bewirkt, dass beim Ausführungsbeispiel für einen Interpolationswert, der cosNa von 56° zuzuordnen ist, der (56° - 8° = 48°) dem auf richtige Pha-i5 senlage korrigierten Signal zugeordnete Tabellenplatz aufgesucht wird. In der Praxis genügt es, wenn entsprechende Korrekturberechnungen nur bis zu einer bestimmten Höchstabtast-geschwindigkeit und auch nur dann vorgenommen werden, wenn, bedingt durch den Rechnertakt, nur bestimmte Bereiche 20 der Messsignale, beispielsweise sinNa 45° ± 15° erfasst werden. Durch diese Voraussetzungen wird der gesamte Aufwand wesentlich verringert, ohne dass die Genauigkeit im Endeffekt leidet. Auch die Normierung der Messsignale wird mit ausreichender Genauigkeit nur periodisch bzw. nur bis zu einer bestimm-25 ten Mindestabtastgeschwindigkeit des Massstabes vorgenommen. In order to also be able to compensate for a phase shift of the measurement signals, ie deviations from the phase shift of 90 ° in the exemplary embodiment, a further correction stage is provided. This comprises 5 latch-and-hold devices controlled by the computer for the two measurement signals. These are activated by the computer 5 in its working cycle and hold the currently pending value of the signals sinNa or cosNa. One of the two signals is accepted as the master signal. If sinNa is used as the master signal, then - controlled by the computer - the interpolation table is used to find out which signal range corresponds to the current value. For example, a value is determined that corresponds to sinNa of 48 °. At the same time, the table value is also determined for coswa. A cosNa of 56 ° may result. This means that the cosNa signal leads the set course of 90 ° by 8 °. The determined deviation is saved. If the interpolation after the cosNa signal is OK, the interpolation table reads out offset by the correction value, i.e. a correction is carried out which has the effect that, in the exemplary embodiment, for an interpolation value to be assigned to cosNa of 56 °, the table position (56 ° -8 ° = 48 °) assigned to the signal corrected for the correct phase position is sought. In practice, it is sufficient if appropriate correction calculations are only carried out up to a certain maximum scanning speed and only if, due to the computer clock, only certain areas 20 of the measurement signals, for example sinNa 45 ° ± 15 °, are recorded. These prerequisites substantially reduce the overall effort, without the accuracy ultimately suffering. The measuring signals are also normalized with sufficient accuracy only periodically or only up to a certain minimum scanning speed of the scale.
v v
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843413855 DE3413855A1 (en) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | Method for evaluating measurement signals which are obtained by scanning an incremental scale by means of a scanning unit, and measuring device for carrying out this method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH666348A5 true CH666348A5 (en) | 1988-07-15 |
Family
ID=6233419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH177184A CH666348A5 (en) | 1984-04-12 | 1984-04-09 | METHOD FOR EVALUATING MEASURING SIGNALS OBTAINED BY SCANNING AN INCREMENTAL SCALE WITH A SCANING UNIT, AND MEASURING DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH666348A5 (en) |
| DE (1) | DE3413855A1 (en) |
| FR (1) | FR2563907B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10232024A1 (en) * | 2002-07-16 | 2004-01-29 | Ina-Schaeffler Kg | Apparatus for propagating analog signals in length measuring systems using an analog to digital convertor |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3737435A1 (en) * | 1987-11-04 | 1989-05-24 | Duerrwaechter E Dr Doduco | METHOD FOR DETERMINING THE TURNING ANGLE POSITION OF A ROTARY ELECTRIC WINDING |
| DE4017954C1 (en) * | 1990-06-05 | 1991-08-29 | Pav Praezisions-Apparatebau Ag, Vaduz, Li | |
| DE4443898C2 (en) * | 1994-12-09 | 1996-09-26 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Position measuring method and position measuring device |
| DE19544948C2 (en) * | 1995-12-01 | 2002-09-26 | Gemac Ges Fuer Mikroelektronik | Digital interpolation device with amplitude and zero position control of the input signals |
| EP1610096B2 (en) † | 1997-04-16 | 2012-09-05 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Position measuring device and method for operating a position measuring device |
| DE19934478B4 (en) * | 1999-07-27 | 2007-12-27 | GEMAC-Gesellschaft für Mikroelektronikanwendung Chemnitz mbH | Digital interpolation device |
| DE10049502A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-11 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Method and device for absolute position determination |
| DE10301848B4 (en) * | 2003-01-09 | 2014-10-09 | Anton Rodi | Measuring device for detecting quantities, in particular angles or distances |
| DE102005036719A1 (en) | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Method for correcting interpolation errors of a machine, in particular a coordinate measuring machine |
| KR101737765B1 (en) | 2012-02-29 | 2017-05-22 | 아이디티 유럽 게엠베하 | Apparatus and method for the redundant, absolute position determination of a movable body |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3518073A (en) * | 1967-01-23 | 1970-06-30 | Chemical Construction Corp | Solvent extraction process for the production of ammonium nitrate fertilizer product and phosphoric acid mixed with nitric acid |
| DE2729697A1 (en) * | 1977-07-01 | 1979-01-04 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | METHOD OF INTERPOLATION |
| DE2758525B1 (en) * | 1977-12-28 | 1979-06-28 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Measuring device with coded subdivision |
| DE3024716C2 (en) * | 1980-06-30 | 1986-10-23 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | Digital length or angle measuring system |
| DE3202339C2 (en) * | 1982-01-26 | 1983-12-15 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut | Digital electrical length or angle measuring device |
| US4525041A (en) * | 1982-02-24 | 1985-06-25 | Precision Grinding Limited | Arrangement for use in positioning an optical image |
| DE3231990A1 (en) * | 1982-08-27 | 1984-03-01 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | EVALUATION DEVICE FOR A DIGITAL INCREMENTAL ENCODER |
-
1984
- 1984-04-09 CH CH177184A patent/CH666348A5/en not_active IP Right Cessation
- 1984-04-12 DE DE19843413855 patent/DE3413855A1/en not_active Withdrawn
- 1984-05-04 FR FR8407019A patent/FR2563907B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10232024A1 (en) * | 2002-07-16 | 2004-01-29 | Ina-Schaeffler Kg | Apparatus for propagating analog signals in length measuring systems using an analog to digital convertor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2563907A1 (en) | 1985-11-08 |
| DE3413855A1 (en) | 1985-10-17 |
| FR2563907B1 (en) | 1992-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19712622B4 (en) | Arrangement and method for the automatic correction of erroneous scanning signals of incremental position measuring devices | |
| DE3046797A1 (en) | ELECTROOPTIC MEASURING SYSTEM WITH ERROR CORRECTION | |
| EP1923670B1 (en) | Position measuring device | |
| EP0102472B1 (en) | Device for linear measurement and angle measurement | |
| EP1606590B1 (en) | Position measuring method and position measuring system used in the multiplication of signal periods | |
| CH672185A5 (en) | ||
| DE3202339C2 (en) | Digital electrical length or angle measuring device | |
| CH658514A5 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETECTING A MEASURING SIZE. | |
| CH666348A5 (en) | METHOD FOR EVALUATING MEASURING SIGNALS OBTAINED BY SCANNING AN INCREMENTAL SCALE WITH A SCANING UNIT, AND MEASURING DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD. | |
| EP1995566B1 (en) | Measuring rod for a positioning system and positioning system | |
| DE102006012074B4 (en) | Position measuring device with monitoring device | |
| EP0172803B1 (en) | Process for digital electrical length or angle measurement, and circuitry for carrying out this process | |
| EP0440833B1 (en) | Angle measuring device | |
| DE3417016C1 (en) | Method for determining the position and speed of objects | |
| DE102014219188A1 (en) | Method for error correction in position-measuring devices | |
| EP0177803B1 (en) | Method and apparatus for digitising a signal with a high resolution | |
| AT397157B (en) | Method for evaluating measurement (test) signals which are generated by scanning an incremental scale (roll, graduation) with a scanning unit, and a measuring instrument (heater) for carrying out this method | |
| DE602004002240T2 (en) | Interpolation method for a high-resolution optical angle sensor and associated optical angle sensor | |
| DE3425472A1 (en) | Method and device for digitally determining the number of revolutions of rotating bodies | |
| EP0094986A1 (en) | Apparatus for the subdivision of periodic analogous signals | |
| DE3417015C2 (en) | Interpolation method | |
| WO2016004927A1 (en) | Method and device for determining a motor position | |
| DE10200587B4 (en) | Method and device for incremental position determination | |
| EP0298183B1 (en) | Incremental position measuring system | |
| DE3528955A1 (en) | Arrangement for angular measurement, in particular for geodetic instruments |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |