DD200375A1

DD200375A1 - Schaltungsanordnung zur messwertgewinnung bei einem inkrementalen wegmesssystem

Info

Publication number: DD200375A1
Application number: DD23282781A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Schleicher; Manfred Suess
Original assignee: Siegfried Schleicher; Manfred Suess
Priority date: 1981-08-27
Filing date: 1981-08-27
Publication date: 1983-04-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Messvorgaenge, die bei einem inkrementalen Wegmesssystem ablaufen, wobei mittels eines ersten Taktteilers eine Bezugsimpulsfolge und mittels eines zweiten Taktteilers eine messwertabhaengige phasenverschobene Vergleichsimpulsfolge erzeugt wird. Beteiligt sind ein Taktgeber und ein im Wegmesssystem enthaltener Nullimpulsgeber. Ziel der Erfindung ist, die Messwertsicherung zu verbessern und dabei eine Paarungsvertraeglichkeit mit phasenzyklisch absoluten Messsystemen bei niedrigem Aufwand ohne Sollwertbezug herzustellen. Es wird die Aufgabe geloest, die inkremental Messwerte einer Auswertung nac Prizipien eines phasenzyklischen absoluten Messverfahrens zugaengig zu machen. Das Wesen der Erfindung besteht in einer Verbindung der Teilerstufenausgaenge des ersten Taktteilers mit Setzeingaengen entsprechender Teilerstufen des zweiten Taktteilers, in der Aktivierbarkeit dieser Setzeingaenge vom Nullimpulsgeber und im Synchronisationsanschluss des Wegmesssystems am Taktgeber. Die Erfindung ist anwendbar bei Messvorgaengen mit mehreren Messstellen und gemischtem Einsatz von inkrementalen und phasenzyklischen Wegmesssystemen. Fig.1

Description

3 2 8

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Meßwertgewinnung bei einem inkrementalen Wegmeßsystem

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Meßwertgewinnung bei einem inkrementalen Wegmeßsystem durch Erzeugen einer Bezugsimpulsfolge und einer vom Meßwert abhängigen phasenverschobenen Vergleichsimpulsfolge« Dabei sind ein Taktgeber, ein dem Taktgeber nachgeschalteter erster Taktteiler, eine Impulssummation der Taktgeberimpulse mit der vom VVegmeßsystem entsprechend der erfaßten Wegrasterinkremente ausgegebenen Meßimpulsfolge und ein zweiter Taktteiler vorgesehen, der die Vergleichsimpulsfolge ausgibt* Verwendet wird außerdem ein im Wegmeßsystem inbegriffener Nullimpulsgeber.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus DE=OS 17 63 856 ist es bereits bekannt, im Rahmen einer impülsgesteuerten Servoeinrichtung bei einem inkrementalen Wegmeßsystem den Meßwert dadurch zu gewinnen, daß eine Bezugsimpulsfolge und eine vom Meßwert abhängige Vergleichsimpulsfolge erzeugt werden, deren gegenseitige Phasenverschiebung den erfaßten Weg abbildet« Die Bezugs-

impulsfolge wird von einem Bezugszähler ausgegeben, der eingangsseitig ständig von der Impulsfolge eines Taktgebers beaufschlagt und als Taktteiler betrieben wird. Ein weiterer ebenfalls als Taktteiler betriebener Zähler gibt die Vergleichsimpulsfolge aus. Dieser Zähler empfängt eingangsseitig eine Impulsfolge, die im Ergebnis einer Summation der Taktgeberimpulse mit der vom Wegmeßsystem ausgegebenen Meßimpulsfolge entsteht.

Die Einrichtung verarbeitet neben der Meßimpulsfolge, die den Istwert des Verfahrwegs abbildet, auch noch Befehlsimpulse, die den Sollwert darstellen. Der Sollwert dient als Bezugsgröße und gestattet es in Verbindung mit dem von der ermittelten Phasenverschiebung abgeleiteten Geschwindigkeitssignal, das Stellglied in eine solche Position zu bewegen, in der die Phasenlagen von Bezugsimpulsfolge und Vergleichs-'impulsfolge übereinstimmen.

Ein Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß sie die Verarbeitung der Bezugsgröße Sollwert voraussetzt und damit auf die Messung des Nachlaufwegs beschränkt bleibt. Nachteilig ist auch, daß die Einrichtung den Einfluß von Wegstörimpulsen nicht auszugleichen vermag·

Aus DE-AS 19 64 381 ist es weiterhin bereits bekannt, ein inkrementales Längen- oder Winkelmeßsystem mit einer Referenzmarke auszustatten, deren Lage zur Inkrementalteilung des Meßsystems absolut festgelegt ist. Ein solches Meßsystem enthält einen elektronischen Vor-/Rückwärtszähler, dessen Zählrichtung von einem Richtu.ngsdiskriminator bestimmt wird. Erreicht das Meßsystem die Referenzmarke, dann wird ein Nullimpulsgeber aktiviert, dessen Ausgangsimpuls den Vor-/Rückwärtszähler in eine definierte Stellung zurücksetzt. Der Zahlenwert dieser Stellung gibt die Lage der Referenzmarke gegenüber dem Wegnullpunkt an_e Beim Zurücksetzen des Zählers werden Impulsverluste oder Zusatzimpulse beseitigt, die durch Störeinflüsse entstanden, und der Meßwert wird im Bereich der Referenzmarke gesichert.

Wegimpulsverluste oder Zusatzimpulse, die im weiteren Verlauf der Bearbeitung eintreten, wenn das Stellglied die Referenzmarke verlassen hat, führen zwangsläufig zu Meßfehlern. Da die variierende Arbeitsposition und die Referenzpunktposition oft weit voneinander entfernt sind, tritt durch ein mehrfach erforderliches Anfahren des Referenzpunktes ein erheblicher Zeitverlust ein. Die Meßwertsicherung bleibt bei einem häufigen Anfahren des Referenzpunktes unbefriedigend.

Wird eine Maschine, an der verschiedene Längen- oder Winkelmessungen mit unterschiedlichen Kriterien, beispielsweise mit unterschiedlicher Wegauflösung durchgeführt werden sollen, mit den entsprechenden unterschiedlichen Meßsystemen ausgerüstet, dann entsteht der Nachteil einer achszugeordneten uneinheitlichen Meßwertgewinnung, die einen relativ hohen Aufwand bedingt. Der Einsatz gleichartiger Meßsysteme bedeutet hingegen den Verzicht auf spezifische Vorteile bekannter Meßverfahren. So ist zum Beispiel ein inkrementales Meßsystem bei hochgenauer Wegauflösung den phasenzyklischen induktiven Meßsystemen (Inductosyn, Resolver) hinsichtlich der Genauigkeit überlegen. Ein zyklisch absolut arbeitendes induktives Meßsystem wird hingegen für Positioniersteuerungen unter anderem deshalb bevorzugt, weil es weitestgehend verschleiß- und wartungsfrei ist, sein einfacher und robuster Aufbau eine nahezu vollkommene Zuverlässigkeit garantiert, der zyklisch absolute Meßwert in analoger Form übertragen wird und damit das Problem von Weg-Störimpulsen entfällt.

Ziel der Erfindung ... ......

Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, die inkrementale Meßwertgewinnung so auszubauen, daß eine verbesserte Meßwertsicherung eintritt und dabei eine Paarungsverträglichkeit mit phasenzyklisch absoluten Meßsystemen bei niedrigem Aufwand ohne Sollwert bezug hergestellt wird«

2 3 2 8 2 7 4

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mangel haben ihre Ursache in der gewählten Bezugsgröße. ,

Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Meßwettgewinnung bei einem inkrementalen Wegmeßsystem durch Erzeugen einer Bezugsimpulsfolge und einer vom Meßwert abhängigen phasenverschobenen Vergleichsimpulsfolge, mit einem Taktgeber, einem dem Taktgeber nachgeschalteten ersten Taktteiler, einer Impulssummation der Taktgeberimpulse mit der vom Wegmeßsystem entsprechend der erfaßten Wegrasterinkremente ausgegebenen Meßimpulsfolge und mit einem zweiten Taktteiler, -der die Vergleichsimpulsfolge ausgibt, unter Verwendung eines Nullimpulsgebers im tWegmeßsystem, zu schaffen, die die inkremental erfaßten Meßwerte einer Auswertung nach Prinzipien eines phasenzyklischen Meßverfahrens zugängig macht.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die einzelnen Ausgänge der Teilerstufen des ersten Taktteilers mit Setzeingängen der entsprechenden Teilerstufen des zweiten Taktteilers verbunden sind, die Setzeingänge des zweiten Taktteilers vom Nullimpulsgeber aktivierbar sind und das Wegmeßsystem zwecks Synchronisation am Taktgeber angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, die phasenzyklische Arbeitsweise einzuführen und mit den dabei ablaufenden Wegzyklen bei jedem Anfahren einer Referenzmarke den Weg-:. · wert des zurückliegenden Wegzyklusses sicherzustellen, auch wenn er durch eine Störung vorher verfälscht worden war. Dadurch wird eine erweiterte Meßwertsicherung über den gesamten Verfahrweg erzielt. .

Gleichzeitig wird die Paarungsverträglichkeit der absoluten induktiven Wegmeßsysteme mit den inkrementalen WegmeSsystemen

durch eine gleiche elektrische Darstellung der VYeginformation herbeigeführt, ohne daß dafür ein hoher Aufwand erforderlich ist.

Die Lösung kann als zyklisch inkrementales Meßverfahren bezeichnet werden und ergänzt die im Rahmen der digitalen Messwerterfassung bisher bekannten rein inkrernentalen und zyklisch absoluten Meßverfahren.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

Schaltungsanordnung Fig. 2 ein Impulsdiagramm für ausgewählte Punkte der

Schaltungsanordnung Fig. 3 ein weiteres Impulsdiagramm für ausgewählte Punkte der Schaltungsanordnung

Ein inkrementales Wegmeßsystem 1 enthält unter anderem den eigentlichen Meßwertgeber 2, eine Impulsaufbereitungslogik 3 und einen Nullimpulsgeber 4, der immer dann anspricht, wenn eine im Wegmeßsystem 1 weiterhin enthaltene und auf die Inkrementalteilung bezogene, jedoch nicht dargestellte Referenzmarke vom Meßwertgeber 2 erreicht wird. Dem Wegmeßsystem 1 ist über zwei Leitungen eine Impulssummationsschaltung 5 nachgeschaltet. Eine- der beiden Leitungen überträgt die Information über die Anzahl der beim Verfahren vom Heßwertgeber 2\er.faßten Wegras.terinkremente, -die. andere . der beiden Leitungen die Information über die Verfahrrichtung Vorwärts beziehungsweise Rückwärts,

23 282 7 4

Ein erster Taktteiler 6 und ein zweiter Taktteiler 7 sind mit einer gleichen Teilerzahl versehen. Ausgänge der nicht dargestellten Teilerstufen des ersten Taktteilers 6 sind mit Setzeingängen der entsprechenden und ebenfalls nicht dargestellten Teilerstufen des zweiten Taktteilers 7 verbunden·

Ein Taktgeber 8 enthält den eigentlichen Taktgenerator 9 und einen Impulsreihenbildner 10. Der Ausgang des Taktgenerators 9 ist mit dem Wegmeßsystem 1 und mit dem Eingang des Impulsreihenbildners 10 verbunden.

Der Impulsreihenbildner 10 weist zwei Ausgänge auf. Der eine Ausgang ist mit einem der Summationseingänge der Impulssummationsschaltung 5 sowie mit dem Eingang des ersten Taktteilers 6 verbunden. Vom anderen Ausgang führt eine Verbindung zu einem Steuereingang der Impulssummationsschaltung 5.

Der Eingang des zweiten Taktteilers 7 ist am Ausgang der Impulssummationsschaltung 5 angeschlossen, der Aktivierungseingang für die Setzeingänge im zweiten Taktteiler 7 am Nullimpulsgeber 4. .

Der Ausgang des ersten Taktteilers 6 und der Ausgang des zweiten Taktteilers 7 sind auf einen Phasendiskriminator geführt, der zu einer nicht näher dargestellten Lageauswerteeinrichtung gehört.

Die Schaltungsanordnung ist zwecks Beschreibung der Wirkungsweise mit ausgewählten Punkten A bis D versehen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 ist in Verbindung mit dem Impulsdiagramm gemäß Figur 2 für die 'Meßwert gewinnung ohne berücksichtigte Meßwertsicherung sowie in. Verbindung mit dem Impulsdiagramm gemäß Figur 3 für die Meßwertsicherung wie folgt:

Die. vom Taktgenerator 9 erzeugte Taktsignalfolge (Punkt A) dient als Grundlage der vom Impulsreihenbildner 10 ausgegebenen beiden Impulsreihen (Punkt 'B und Punkt C), die im Frequenzverhältnis 2:1 untersetzt und gegeneinander um

232827 4 -⁷-

eine halbe Periodendauer versetzt sind. In Figur 2 Spalte 1 ist der Zustand beim Erfassen eines Verfahrwegwerts Null dargestellt. In diesem Fall unterbleibt eine Meßimpulsfolge (Punkt D). Die angenommene Bewegungsrichtung Vorwärts (Punkt E) wird von der letzten Bewegung übernommen. Die Impulssummationsschaltung 5 gibt eine Impulsfolge aus (Punkt F), die mit der einlaufenden Impulsreihe (Punkt B) identisch ist. Die vom ersten Taktteiler 6 ausgegebene Bezugsimpulsfolge (Punkt G) und die vom zweiten Taktteiler 7 ausgegebene Vergleichsimpulsfolge (Punkt H) erfahren keine Phasenverschiebung. Der Phasen-) diskriminator 11 stellt im Zusammenwirken mit der nicht dargestellten Lageauswerteinrichtung einen Verfahrweg von Null fest. Aus Gründen der Darstellung sind Bezugsimpulsfolge (Punkt G) und Vergleichsimpulsfolge (Punkt H) bezüg- _m lieh der Eingangsimpulsfolge für den ersten Taktteiler 6 und für die Impulssummationsschaltung 5 (Punkt B) im Verhältnis 6 : 1 geteilt, tatsächlich ist dieses Verhältnis wesentlich größer und entspricht der Wegrasteranzahl je Wegzyklus.

Figur 2 Spalte 2 zeigt die eintretenden Veränderungen beim Erfassen einer Vorwärtsbewegung. Entsprechend der vorliegenden Geschwindigkeit weist die Meßimpulsfolge (Punkt D) nach jeweils sechs Grundtakten (Punkt A) einen Meßimpuls auf, der jeweils mit einem Grundtaktimpuls synchronisiert ist. Diese Meßimpulse werden in der Impulssummationsschaltung 5 zur einlaufenden Impulsreihe (Punkt B) hinzuaddiert. Ausgelöst wird die Addition vom zeitgleichen Impuls der versetzten Impulsreihe (Punkt C) des Impulsreihenbildners Die Addition selbst erfolgt durch Synchronisation erst wäh- - ' · rend des nächsten Impulses· dieser Impuls reihe. '.

Der erfaßte Wegwert bildet sich als nachlaufende Phasenver-Schiebung der Vergleichsimpulsfolge (Punkt H) gegenüber der Bezugsimpulsfolge (Punkt G) ab.

Figur 2 Spalte 3 zeigt die entsprechenden Änderungen beim Erfassen einer Rückwärtsbewegung. Die Geschwindigkeit wird

23 28 2 7 4

a¹';,· halb so groß wie bei der Vorwärtsbewegung gemäß der vorherigen Spalte 2 angenommen. Deshalb enthält die Heßimpulsfolge (Punkt D) erst nach jeweils zwölf Grundtakten (Punkt A) einen Meßimpuls, das Signal für die Bewegungsrichtung (Punkt E) wechselt den Pegel, die von der Impulssummationsschaltung 5 ausgegebene Impulsfolge (Punkt F) enthält eine Impulslücke nach jeweils zwölf Grundtakten und die Vergleichsimpulsfolge (Punkt H) erhält eine vorlaufende Phasenverschiebung gegenüber der Bezugsimpulsfolge (Punkt G), wobei diese Phasenverschiebung halb so groß ist wie die Phasenverschiebung in Figur 2 Spalte 2. Ausgelöst wird auch hier die Impulssummation vom zeitgleichen Impuls der versetzten Impulsreihe (Punkt C) des Impulsreihenbildners 10a Die Impulslücke tritt infolge Synchronisation jedoch erst während des nächsten Impulses der unversetzten Impulsreihe (Punkt B) des Impulsreihenbildners 10 auf.

Figur 3 zeigt in Spalte i eine angenommene Phasenverschiebung zwischen Bezugsimpulsfolge (Punkt G) und Vergleichsimpulsfolge (Punkt H) unter der Bedingung, daß vom Nullimpulsgeber 4 kein Nullimpuls ausgegeben wird (Punkt D), Obwohl das auf einen ruhenden Meßwertgeber 2 hinweist, bildet die Phasenverschiebung das letzte Meßergebnis einschließlich der eingedrungenen Störimpulse ab.

Figur 3 zeigt in den Spalten 2 und 3 Nullimpulse (Punkt 3), die infolge unterschiedlicher Geschwindigkeit'bei der Verfahrbewegung verschiedene Längen aufweisen. Zur Realisierung der Meßwertsicherung bei der zyklisch inkrementalen Arbeitsweise sind die. den .'Nullimpuls auslösenden Referenz-, .; marken auf dem Maßstab im Abstand eines Einfachen oder eines ganzzahligen Vielfachen des gewählten Zyklusweges angeordnet Oeder Nullimpuls veranlaßt nun den zweiten'Taktteiler 7, sich mit dem aktuellen Inhalt des ersten Taktteilers 6 zu laden. .

Demzufolge wird über die Dauer des Nullimpulses die VeT¹.-gleichsimpulsfolge (Punkt H) mit der Bezugsimpulsfolge (Punkt G) synchronisiert.

Nach Beendigung des Nullimpulses tritt zwischen beiden Impulsfolgen erneut die Phasenverschiebung als Abbild des Verfahrwegs auf. Im vorher durchfahrenen Zyklusvveg eingedrungene Störimpulse werden dabei nicht wieder übernommen, Oeder Nullimpuls erneuert diese Meßwertsicherung.

Claims

23 28 2 7 4"¹⁰"

Erfindungsanspruch:

Schaltungsanordnung zur Meßwertgewinnung bei einem inkrementalen Wegmeßsystem durch Erzeugen einer Bezugsimpulsfolge und einer vom Meßwert abhängigen phasenverschobenen Vergleichsimpulsfolge, mit einem Taktgeber, einem dem Taktgeber nachgeschalteten ersten Taktteiler, einer Impulssummation der Taktgeberimpulse mit der vom Wegmeßsystern entsprechend der erfaßten Wegrasterinkremente ausgegebenen Meßimpulsfolge und mit einem zweiten Taktteiler, der die Vergleichsimpulsfolge ausgibt, unter Verwendung eines Nullimpulsgebers im Wegmeßsystem,
gekennzeichnet dadurch,

daß die einzelnen Ausgänge der Teilerstufen des ersten Taktteilers (6) mit Setzeingängen der entsprechenden Teilerstufen des zweiten Taktteilers (7) verbunden sind, die Setzeingänge des zweiten Taktteilers (7) vom Nullimpulsgeber (4) aktivierbar sind und das Wegmeßsystem (1) zwecks Synchronisation am Taktgeber (8) angeschlossen ist.

"Hierzu 2 Seiten Zeichnungen"