DD226643A1

DD226643A1 - PROCESS AND CIRCUIT FOR DIGITAL-INCREMENTAL WAY MEASUREMENT

Info

Publication number: DD226643A1
Application number: DD26754084A
Authority: DD
Inventors: Gunter Hornig
Original assignee: Lokomotivbau Elektrotech
Priority date: 1984-09-24
Filing date: 1984-09-24
Publication date: 1985-08-28

Abstract

Die erfindungsgemaesse Loesung soll mit geringem technischem Aufwand Falschzaehlungen bei digital-inkrementaler Wegmessung an Maschinen und Einrichtungen mit mechanischem Spiel bei Aenderung der Bewegungsrichtung vermeiden helfen. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung fuer die digital-inkrementale Wegmessung zu schaffen, so dass zu einem statischen Richtungsimpuls auch ein phasenrichtiger Zaehlimpuls gebildet wird. Das wird dadurch erreicht, dass parallel zur Richtungssignalerkennung ein phasenrichtiger Zaehlimpuls derart gebildet wird, dass die Rechteckimpulsfolgen der Eingangssignale unverzoegert zur Taktbildung als Setz- bzw. Ruecksetzsignale fuer einen RS-Trigger derart verknuepft werden, dass als Ausgangssignal des Triggers das Abbild eines der Eingangssignale erscheint, ohne das Stoerimpuls oder "Prell"-Signale eines Eingangs dieses Signal verfaelschen. Mit Hilfe eines der Taktbildung nachgeschalteten Flankendiskriminators erfolgt eine Zweifach-Auswertung der Triggerimpulse, indem von Vorder- und Rueckflanke des Abbild-Impulses je ein Zaehlimpuls bereitgestellt wird. Die Anwendung des erfindungsgemaessen Verfahrens kann in Manipulatoren, technologische Einrichtungen oder Beschickungseinrichtungen erfolgen. Fig. 1The inventive solution is to help with little technical effort Falschzaehlungen in digital-incremental path measurement on machines and equipment with mechanical play in changing the direction of movement. The invention is based on the technical object to provide a method and a circuit arrangement for the digital-incremental displacement measurement, so that a static direction pulse and an in-phase count pulse is formed. This is achieved by forming a phase-correct count pulse parallel to the direction signal detection in such a way that the rectangular pulse sequences of the input signals are unbegregated to the clock formation as set or reset signals for an RS trigger such that the output of the trigger is the image of one of the input signals without falsifying the impulse or "bounce" signals of an input of this signal. With the help of one of the clocking downstream edge discriminator, a two-fold evaluation of the trigger pulses by each of the leading and trailing edges of the image pulse is a Zaehlimpuls provided. The application of the method according to the invention can be carried out in manipulators, technological devices or charging devices. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur digital-inkrementalen Wegmessung, vorzugsweise für die Positionierung und/oder Anzeige translatorisch oder rotatorisch bewegter Maschinenteile. Die Anwendung der Erfindung ist in Handhabeeinrichtungen (Manipulatoren), technologischen Einrichtungen zum Schweißen, Beschichten, Sandstrahlen oder in Beschickungseinrichtungen sowie für Kräne möglich.The invention relates to a method and a circuit arrangement for digital-incremental path measurement, preferably for the positioning and / or display of translationally or rotationally moving machine parts. The application of the invention is in handling devices (manipulators), technological equipment for welding, coating, sandblasting or in feeders and cranes possible.

Characteristic of the known technical solutions

Weg- und Winkelmeßsysteme zur Erfassung des Ist-Zustandes eines zurückgelegten Weges oder einer Drehbewegung sind bekannt.Path and angle measuring systems for detecting the actual state of a traveled path or a rotary movement are known.

Diese Systeme werden als digital-absolute, als digital-inkrementale und als analoge Meßsysteme angeboten (vgl. VEM-Handbuch „Numerische Steuerungen", Berlin 1976, Seite 159).These systems are offered as digital-absolute, as digital-incremental and as analog measuring systems (see VEM manual "Numerical Controls", Berlin 1976, page 159).

Digital-inkrementale Weg- und Winkelmeßsysteme, die vor allem an Werkzeugmaschinen Verwendung finden, arbeiten im wesentlichen nach dem fotoelektrischen Prinzip im Auflicht- oder Durchlichtverfahren. Dabei erfolgt für die verwendete Zähleinrichtung sowohl die Bildung von Richtungsentscheidsignalen, getrennt für die Bewegung „vorwärts" oder „rückwärts", als auch von Zählimpulsen. Zur richtungsabhängigen Zählung werden zwei um 90° el. phasenverschobene digitale Rechteckimpulsfolgen ausgewertet.Digital-incremental path and angle measuring systems, which are mainly used on machine tools, operate essentially according to the photoelectric principle in incident or transmitted light. In this case, the formation of direction decision signals, separated for the movement "forwards" or "backwards", as well as counting pulses, takes place for the counting device used. For direction-dependent counting, two quadrature digital pulse sequences phase-shifted by 90 ° el. Are evaluated.

Bekannt ist weiterhin die Bildung von richtungsabhängigen Zählimpulsen in einer zeitabhängigen Form durch Verknüpfung und Synchronisierung mit den Impulsen eines Taktgenerators (siehe Zeitschrift -rfe- „radio fernsehen elektronik" 24/1975, Heft 5, Seite 165-169; DD-PS 80465).Also known is the formation of direction-dependent Zählimpulsen in a time-dependent form by linking and synchronization with the pulses of a clock generator (see magazine -rfe- "radio television electronics" 24/1975, No. 5, pages 165-169, DD-PS 80465).

Die für den Einsatz an Werkzeugmaschinen vorgesehenen Systeme arbeiten mit hoher Genauigkeit. Für den Betrieb von Arbeitsmaschinen oder Handhabeeinrichtungen unter rauhen Arbeitsbedingungen ist jedoch eine derartige Genauigkeit nicht erforderlich. Durch eine zeitabhängige feste Taktfrequenz sind diese Meßsysteme außerdem ungeeignet für Maschinen, die robuste und wartungsfreie Wegmeßsysteme verlangen und bei denen sich das Arbeitsspiel bedingt durch unterschiedliche Massenträgheitsmomente während des Arbeitszyklusses nicht in eine feste Taktfrequenz einordnen läßt.The systems intended for use on machine tools operate with high accuracy. However, such accuracy is not required for the operation of work machines or handling devices under harsh working conditions. Due to a time-dependent fixed clock frequency, these measuring systems are also unsuitable for machines that require robust and maintenance-free Wegmeßsysteme and in which the working cycle due to different moments of inertia during the work cycle can not be classified in a fixed clock frequency.

Außerdem steht der Preis dieser Meßeinrichtung in Verbindung mit einem hohen technischen Aufwand von meist vier zu verarbeitenden Informationskanälen in einem ungünstigen Verhältnis zum Gesamtpreis der Maschine oder Ausrüstung.In addition, the price of this measuring device in conjunction with a high technical complexity of mostly four to be processed information channels in an unfavorable relationship to the total price of the machine or equipment.

Bekannt sind ferner zeitabhängig arbeitende Weg- und Winkelmeßsysteme, die außer den ZählimpulsenAlso known are time-dependent working and angle measuring systems, in addition to the counting pulses

Richtungsentscheidimpulse als Impulse mit Arbeitsfrequenz (vgl. Zeitschrift-rfe-29/1980, Heft 12, Seite 813; DD-PS 93640; DD-PS 114988) oder als statische Richtungsimpulse (vgl. Zeitschrift Elektronik Anzeiger 12/1980, Heft 3, Seite 25-28; DD-PS 116501) ausgeben. Für den Vergleich von Soll-und Istwert eines Weg-oder Winkelmeßwertes ist jedoch meist ein statisches Richtungssignal zeitlich vor dem eigentlichen digitalen Zählimpuls notwendig.Direction decision pulses as pulses with operating frequency (see Journal-rfe-29/1980, Issue 12, page 813, DD-PS 93640; DD-PS 114988) or as static directional impulses (see Journal Electronics Anzeiger 12/1980, Issue 3, page 25-28; DD-PS 116501). For the comparison of nominal value and actual value of a path or angle measurement, however, a static direction signal is usually necessary in time before the actual digital counting pulse.

Nachteilig bei den Systemen gemäß -rfe- 29/1980,12, Seite 813, und Elektronik-Anzeiger 12 (1980), Heft 3, Seite 25-28 istA disadvantage of the systems according to -rfe- 29 / 1980.12, page 813, and Elektronik-Anzeiger 12 (1980), Issue 3, pages 25-28

außerdem ein auftretender Phasensprung zwischen erfaßtem Istwert und verarbeitetem Zählsignal beim Übergang von einerIn addition, an occurring phase jump between detected actual value and processed count signal in the transition from one

Bewegungsrichtung zur anderen. ._.._.. Direction of movement to the other. ._.._ ..

Alle bekannten Meßsysteme, sowohl die getakteten, wie auch die zeitabhängigen, haben den Nachteil, daß beim Einsatz an Maschinen oder Einrichtungen mit einem fertigungstechnisch bedingten mechanischen Spiel in der KraftübertragungseinheitAll known measuring systems, both the clocked, as well as the time-dependent, have the disadvantage that when used on machines or equipment with a production-related mechanical play in the power transmission unit

(z. B. Getriebe lose, Ketten- oder Kupplungsspiel, Elastizität im Seil) Fehlimpulse beim Anhalten oder Vorrücken ausgegeben werden können. Ursache ist der Flankenwechsel nur eines Digitalsignals infolge der Kleinheit der Wegänderung im Reversierzeitpunkt, wo durch das mechanische Spiel (sogenanntes „Prellen" oder „Pendeln") nur ein Inkrement, nicht aber das 2. phasenverschobene Inkrement abgetastet wird. Auf diese Weise werden bleibende Fehler im Meßsystem verursacht.(eg loose gear, chain or clutch play, elasticity in the rope) incorrect pulses can be output when stopping or advancing. The reason is the edge change only a digital signal due to the smallness of the path change in Reversierzeitpunkt, where only one increment, but not the 2nd phase-shifted increment is scanned by the mechanical game (so-called "bouncing" or "commuting"). This causes permanent errors in the measuring system.

Deshalb sind diese Meßsysteme ungeeignet für Maschinensysteme geringerer Genauigkeit unter robusten Arbeitsbedingungen.Therefore, these measuring systems are unsuitable for lower accuracy machine systems under robust working conditions.

Weiterhin ist eine Einrichtung zur inkrementalen Wegmessung mittels eines Umsetzers mit optischer Abtastung bekannt, die aus einem Diskriminator zur Erkennung der Bewegungsrichtung und einem Vor-Rückwärts-Zähler besteht (vgl. Fachbuch „Digitale Meßverfahren", 1981, Seite 75-80). Zur Vermeidung von Störimpulsen wird ein zusätzlicher elektronischer Vergleichskreis angeordnet, der jedoch in keiner Weise den gestellten Anforderungen zur Vermeidung von Fehlentscheidungen entspricht.Furthermore, a device for incremental displacement measurement by means of a converter with optical scanning is known, which consists of a discriminator for detecting the direction of movement and a back-to-back counter (see textbook "Digital Messverfahren", 1981, pages 75-80) of interference pulses an additional electronic comparison circuit is arranged, which, however, in no way corresponds to the requirements imposed to avoid wrong decisions.

Aus der DD-PS 200644/2 ist ferner eine Anordnung zur Richtungserfassung für inkrementale Wegmeßsysteme bekannt, die Fehlzählung von Inkrementen bei Seillängenmessungen an Kränen infolge von „Pendelungen" vermeidet. Je nach Haltewinkel werden von dieser Schaltung jedoch um 90° el. verschobene Zählimpulse ausgegeben oder es wird ein Impuls unterdrückt.DD-PS 200644/2 also discloses an arrangement for direction detection for incremental position measuring systems, which avoids miscounting of increments in rope length measurements on cranes as a result of "oscillations." Depending on the bracket, however, counting pulses shifted by 90 ° el or a pulse is suppressed.

Dadurch entstehen systematische Fehler. Infolge von nicht abgestimmten Gatterlaufzeiten können außerdem Fehlimpulse auftreten. Auch diese Lösung ist deshalb für die gestellten Anforderungen ungeeignet.This creates systematic errors. Incorrect pulses may also occur due to unmatched gate delays. This solution is therefore unsuitable for the requirements.

Weiter ist aus der DD-PS 208251 ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur digital-inkrementalen Wegmessung bekannt, das bei niedriger Frequenz der zu erfassenden Zählimpulse Falschzählungen vermeidet. Die Grenzen dieser Lösung liegen in der nur einfachen Flankenauswertung während einer Zählperiode von 360° el. und in der Anwendung von schaltungsbedingten Verzögerungsstufen. Damit kann der zu erfassende Weg nur bei geringen Positioniergeschwindigkeiten mit ausreichender Genauigkeit oder bei Verzicht auf die Genauigkeit bei etwas höherer Geschwindigkeit möglich sein.Furthermore, from DD-PS 208251 a method and a circuit arrangement for digital-incremental displacement measurement is known which avoids false counts at low frequency of the counts to be detected. The limits of this solution lie in the simple edge evaluation during a counting period of 360 ° el. And in the application of circuit-related delay stages. Thus, the path to be detected only at low positioning speeds with sufficient accuracy or waiving the accuracy at a slightly higher speed may be possible.

Des weiteren ist aus der DE-OS 3013334 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung von feststehenden Maschinenfehlern bei Werkzeugmaschinen bekannt, bei derein Speicher für Informationen feststehender Maschinenfehler und ein Fehlerrechner enthalten sind und dem Informationen des Speichers und Signale eines Übertragers (Stellungsgeber) zur Erzeugung von Korrektursignalen zugeführt werden.Furthermore, from DE-OS 3013334 a circuit arrangement for the evaluation of fixed machine errors in machine tools is known in which a memory for information fixed machine errors and an error calculator are included and the information of the memory and signals of a transformer (position transmitter) are supplied to generate correction signals ,

Die Anwendung dieser Lösung ermöglicht die Herstellung von Werkzeugmaschinen (unter Anwendung eines numerischen Steuersystems) mit nicht überhöhten Genauigkeitsanforderungen, ist aber für den Anwendungsfall in Manipulatoren, Kränen, technologischen Einrichtungen oder Beschickungsanlagen auf Grund des erheblichen Bauelementeaufwandes und des nicht erforderlichen Genauigkeitsgrades als ungeeignet anzusehen.The application of this solution allows the production of machine tools (using a numerical control system) with not excessive accuracy requirements, but is to be regarded as inappropriate for the application in manipulators, cranes, technological equipment or feeders due to the significant component cost and the degree of accuracy not required.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, mit geringem technischen Aufwand Falschzählungen bei digital-inkrementaler Wegmessung an Maschinen oder Einrichtungen mit mechanischem Spiel bei Änderung der Bewegungsrichtung zu vermeiden und die Störanfälligkeit bei Erhöhung der möglichen Zählfrequenz zu verringern.The aim of the invention is to avoid false counting with digital-incremental distance measurement on machines or devices with mechanical play when changing the direction of movement and to reduce the susceptibility to interference when increasing the possible count frequency with little technical effort.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung für die digital-inkrementale Wegmessung zu schaffen, wo zu einem statischen Richtungsimpuls auch ein phasenrichtiger Zählimpuls gebildet wird.The invention is based on the technical object to provide a method and a circuit arrangement for the digital-incremental displacement measurement, where a static direction pulse and an in-phase count pulse is formed.

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß parallel zur Richtungssignalerkennung ein phasenrichtiger Zählimpuls derart gebildet wird, daß die zwei um ca. 90° el. verschobenen Rechteckimpulsfolgen der Eingangssignale unverzögert zur Taktbildung als Setz- bzw. Rücksetzsignale für einen RS-Trigger derart verknüpft werden, daß als Ausgangssignal des Triggers das Abbild eines der Eingangssignale erscheint, ohne, daß Störungen oder „Prell"-Signale eines Eingangs dieses Abbild verfälschen. Mit Hilfe eines der Taktbildung nachgeschalteten Flankendiskriminators erfolgt eine Zweifach-Auswertung der Triggerimpulse, indem von Vorder- und Rückflanke des Abbildes je ein Zählimpuls bereitgestellt wird.The features of the invention consist in that a phase-correct counting pulse is formed parallel to the direction signal detection such that the two by about 90 ° el. Shifted rectangular pulse trains of the input signals are unbounded to the timing as setting or reset signals for an RS trigger linked such in that the output of the trigger is the image of one of the input signals, without interference or "bouncing" signals of an input corrupting this image Image each a count is provided.

Durch dieses Auswertungsverfahren für inkrementale Wegimpulse werden pro Periode (360° el.) zwei Zählimpulse für eine Wegmessung bereitgestellt.This evaluation method for incremental path pulses provides two counting pulses for one displacement measurement per period (360 ° el.).

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß die Eingangssignale -A und B- zur Takterzeugung mit dem Signal -E- des Richtungsdiskriminators so verknüpft werden, daß folgende Setz- bzw. Rücksetzsignale gebildet werden:The circuit arrangement for carrying out the method according to the invention consists in the fact that the input signals -A and B- are linked to the clock generation with the signal -E- of the direction discriminator so that the following set or reset signals are formed:

Setzsignal: G = Ax(BxE + BxE)Set signal: G = Ax (BxE + BxE)

Rücksetzsignal: H = Äx(BxE + BxE)Reset signal: H = Ax (BxE + BxE)

Zur Verringerung des Schaltungsaufwandes wird erfindungsgemäß der Klammerausdruck eine Äquivalenz- bzw. Antivalenzbeziehung ersetzt, womit dann die Signalverknüpfung lautet:In order to reduce the circuit complexity, according to the invention, the expression of the parenthesis is replaced by an equivalence or antivalence relationship, with which the signal association is then:

Setzsignal: G = AxFSet signal: G = AxF

Rücksetzsignal: H=AxFReset signal: H = AxF

Nachfolgend werden diese Setz- bzw. Rücksetzsignale einem RS-Trigger zugeführt, wobei dessen Ausgangssignal die Grundlage der Takterzeugung bildet. Von den Flanken dieses Ausgangssignal als Abbild des Eingangssignals -A- werden im nachgeschalteten Flankendiskriminator durch Zweifach-Auswertung der Impulse die Zählimpulse zur Wegmessung abgeleitet, und dem Zähleingang eines digitalen Vor-/Rückwärtszählers zugeführt. Das Richtungssignal des Zählers wird getrennt vom Richtungsdiskriminator bereitgestellt.Subsequently, these set or reset signals are fed to an RS trigger, the output signal of which forms the basis of the clock generation. From the edges of this output signal as an image of the input signal -A- are derived in the downstream edge discriminator by dual evaluation of the pulses, the counting pulses for path measurement, and fed to the count input of a digital forward / backward counter. The direction signal of the counter is provided separately from the direction discriminator.

— ^ — o/a tu- ^ - o / a tu

Zur Richtungsimpulsbildung wird der Richtungsdiskriminator vorzugsweise aus einem RS-Trigger gebildet, in dessen Setz- und Rücksetzeingänge je ein D-Trigger geschaltet ist. Für V/R-Zähler mit getrennten, bewerteten Eingängen für die Vor- oder Rückwärtsrichtung können die notwendigen Taktimpulse in bekannter Weise durch UND-Verknüpfung von Zähl- und Richtungsimpuls erzeugt werden.For directional pulse formation of the direction discriminator is preferably formed of an RS trigger, in whose set and reset inputs each a D-trigger is connected. For V / R counters with separate, evaluated inputs for the forward or reverse direction, the necessary clock pulses can be generated in a known manner by ANDing of count and direction pulse.

embodiment

In den zugehörigen Zeichnungen zeigenIn the accompanying drawings show

Fig. 1: eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig.2: die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 1 anhand von Impulsdiagrammen dargestellt; Fig.3: die Ausbildung für die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (Fig. 1) in Verbindung mit Vor-/ Rückwärtszählern.1 shows a circuit arrangement for carrying out the method according to the invention; FIG. 2 shows the mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 1 on the basis of pulse diagrams; 3 shows the training for the application of the circuit arrangement according to the invention (Fig. 1) in conjunction with forward / backward counters.

Figur 1 zeigt in einem Prinzipschaltbild die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendige Schaltungsanordnung. Die beiden Rechteckimpulsfolgen kommen als Eingangsspannungssignal U-, am Eingang A und als Eingangsspannungssignal U₂ etwa 90° phasenverschoben am Eingang B an und werden dem Richtungsdiskriminator RD zugeführt. Den Richtungsdiskriminator RD bilden die D-Trigger 2 und 3, die Monoflops 4 und 5, sowie der RS-Trigger 6. Außerdem wird das Eingangssignal U1 vom Ausgang des NICHT-Gliedes 1 dem Richtungsdiskriminator RD zugeleitet. Am Ausgang des Richtungsdiskriminators liegt das Richtungssignal E an. Parallel zur Richtungsbildung werden die Eingangssignale A, B und der negierte Impuls Ader Takterzeugungsstufe das Richtungssignal E zugeleitet. Die Takterzeugungsstufe TE zugeführt. Außerdem wird der Takterzeugungsstufe TE besteht vorzugsweise aus nachfolgend angegebenen Gliedern: Äquivalenzglied 7, RS-Trigger 10 und, dem Setz- bzw. Rücksetzeingang vorgeschaltete, UND-Glieder 8 bzw. 9. An die Takterzeugungsstufe TE ist ein Flankendiskriminator FD angeschlossen. Der Flankendiskriminator FD besteht.vorzugsweise aus der dargestellten Verknüpfung von D-Trigger 11 und Antivalenz 12. Der Ausgang K des Flankendiskriminators FD ist mit dem Takteingang C des Vor-/Rückwärts-Digitalzählers 13 verbunden. Außerdem liegt am Zählereingang V/R das Richtungssignal E des Richtungsdiskriminators RD anFIG. 1 shows, in a block diagram, the circuit arrangement necessary for carrying out the method according to the invention. The two rectangular pulse sequences arrive as input voltage signal U-, at the input A and as input voltage signal U ₂ approximately 90 ° out of phase at the input B and are supplied to the direction discriminator RD. The direction discriminator RD is formed by the D-triggers 2 and 3, the monoflops 4 and 5, and the RS trigger 6. In addition, the input signal U1 is fed from the output of the NOT element 1 to the direction discriminator RD. At the output of the direction discriminator the direction signal E is applied. Parallel to the formation of the direction, the input signals A, B and the negated pulse Ader clock generation stage, the direction signal E are fed. The clock generation stage TE supplied. In addition, the clock generation stage TE preferably consists of the following elements: Equivalent member 7, RS trigger 10 and, the set or reset input upstream, AND gates 8 and 9 to the clock generation stage TE is connected to a flank discriminator FD. The edge discriminator FD preferably consists of the illustrated combination of D trigger 11 and antivalence 12. The output K of the edge discriminator FD is connected to the clock input C of the forward / reverse digital counter 13. In addition, the directional signal E of the direction discriminator RD is applied to the counter input V / R

Die Wirkungsweise vom Verfahren soll nachfolgend mittels dieser realisierten Schaltungsanordnung näher erläutertwerden: The operation of the method will be explained in more detail below by means of this realized circuit arrangement:

Die den Eingängen A bzw. B zugleiteten Impulsfolgen der Eingangsspannungssignale U₁ bzw. U₂ werden vorzugsweise von induktiven Initiatoren, z. B. Schlitzinitiatoren und einer Zahnscheibe für rotierende Bewegungen oder einer Zahnleiste für translatorische Bewegungen und jeweils einem nicht dargestellten Trigger bereitgestellt. Die Teilung der Zahnscheibe bestimmt dabei in Verbindung mit dem Übersetzungsverhältnis die Genauigkeit der digital-inkrementalen Wegmessung. Die Schlitzinitiatoren für die Eingangsspannungssignale U₁ und U₂ sind zur Richtungserkennung um etwa 90°el. versetzt angeordnet. Die Exaktheit dieser Versetzung ist durch die gewählte nachfolgende Logikschaltung unkritisch. Zur Vermeidung galvanisch eingekoppelter Störungen erfolgt der Anschluß der digitalen Eingangsspannungssignale U₁ und U₂ vorzugsweise über Optokoppler an die Eingänge A bzw. B der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Vereinbarungsgemäß soll für die Vorwärtsrichtung das Eingangsspannungssignal U₂ dem Eingangsspannungssignal U₁ zeitlich voreilen. Der Richtungsdiskriminator RD ist mit dem RS-Trigger 6 aufgebaut, in deren Setzleitung der D-Trigger 2 mit einer nachgeschalteten Impulsverkürzung, beispielsweise einem Monoflop 4, geschaltet ist und in deren Rücksetzleitung analog dazu der D-Trigger und das Monoflop 5 (Impulsverkürzung) liegen.The inputs A and B zugleiteten pulse sequences of the input voltage signals U ₁ and U ₂ are preferably of inductive initiators, for. As slot initiators and a toothed disk for rotating movements or a rack for translational movements and each provided a trigger, not shown. The pitch of the toothed disc, in conjunction with the transmission ratio, determines the accuracy of the digital incremental displacement measurement. The slot initiators for the input voltage signals U ₁ and U ₂ are for direction detection by about 90 ° el. staggered. The exactness of this offset is not critical by the chosen subsequent logic circuit. To avoid galvanically coupled interference, the connection of the digital input voltage signals U ₁ and U _{2 is} preferably carried out via optocouplers to the inputs A and B of the circuit arrangement according to the invention. As agreed, the input voltage signal U _{2 should lead} the input voltage signal U _{1 in} time for the forward direction. The direction discriminator RD is constructed with the RS trigger 6, in the setting line of the D-trigger 2 with a downstream pulse shortening, such as a monoflop 4, is connected and in the reset line analogous to the D-trigger and the monoflop 5 (pulse shortening) are ,

In Figur 2 ist die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung anhand von Impulsdiagrammen dargestellt. Trifft die L/H-Flanke des Eingangssignals A am Takteingang des D-Triggers 2 auf ein Η-Signal vom Eingang B am D-Eingang, so wird der Ausgang C des D-Triggers 2 auf H geschaltet und über das Monoflop 4 der RS-Trigger 6 gesetzt. Mit dem Η-Signal am Ausgang des RS-Triggers E wird die Richtung „vorwärts" erkannt. Damit liegt durch die Speichereigenschaften des RS-Triggers 6 ein sicheres statisches Richtungssignal vor.In Figure 2, the operation of the circuit arrangement is illustrated by means of pulse diagrams. If the L / H edge of the input signal A at the clock input of the D trigger 2 meets a Η signal from the input B at the D input, then the output C of the D trigger 2 is switched to H and via the monoflop 4 the RS Trigger 6 is set. The direction "forward" is recognized with the Η signal at the output of the RS trigger E. Thus, due to the memory properties of the RS trigger 6, a safe static direction signal is present.

Bereits mit dieser einfachen Schaltungsanordnung kann somit eine einfache, störsichere Richtungserkennung erfolgen. Die Belegung am D-Trigger 2 bleibt solange erhalten, bis sich die Phasenlage vom Eingangsspannungssignal U₁ zum Eingangsspannungssignal U₂ ändert. Trifft die L/H-Flanke des Α-Signals am Takteingang des D-Triggers 2 auf ein L-Signal vom Eingang B am D-Eingang, schaltet der Ausgang C auf L. Bereits 180° el. früher trifft bei Richtungsumkehr an den Takteingang des D-Triggers 3 eine L/H-Flanke auf ein Η-Signal vom Eingang B am D-Eingang und der D-Trigger 3 schaltet am Ausgang D auf Η-Signal. Damit wird die Richtung „rückwärts" erkannt, Ausgang E des RS-Triggers 6 schaltet als statisches Signal auf L und kann für Steuerungszwecke zusätzlich verwendet werden.Already with this simple circuit arrangement can thus be a simple, interference-proof direction detection. The assignment to the D-trigger 2 is maintained until the phase change from the input voltage signal U ₁ to the input voltage signal U ₂ . If the L / H edge of the Α signal at the clock input of the D trigger 2 encounters an L signal from the input B at the D input, the output C switches to L. Already 180 ° el. Earlier, the direction of the clock input is applied to the clock input of the D-trigger 3 an L / H edge to a Η signal from input B at the D input and the D-trigger 3 switches at the output D on Η signal. Thus, the direction is detected "backwards", output E of the RS trigger 6 switches to L as a static signal and can additionally be used for control purposes.

Die Bereitstellung der Zählimpulse erfolgt in den parallelen Stufen Takterzeugung TE und Flankendiskriminator FD. Zur Bildung der Signale G als Setzsignal und H als Rücksetzsignal werden den Gliedern der Position7,8 und 9 die Signale A und B zugeführt. Mit Hilfe des Äquivalenzgliedes 7 wird aus den Signalen B und E die Funktion F am Ausgang des Äquivalenzgliedes 7 gebildet. Die Signale A und F sind am Ausgang des UND-Gliedes 8 zum Setzsignal G verknüpft. Das Rücksetzsignal H liegt am Ausgang des UND-Gliedes 9 an, wobei am Eingang Ä und am negierten Eingang F anliegt. Die statischen Setz- bzw. Rücksetzglieder G und H bewirken in der dargestellten erfindungsgemäßen Verknüpfung in Verbindung mit dem RS-Trigger 10 folgendes (Figur 2):The provision of the counting pulses takes place in the parallel stages of clock generation TE and edge discriminator FD. To form the signals G as the set signal and H as the reset signal, the signals of the positions 7, 8 and 9 are supplied with the signals A and B, respectively. With the help of the equivalence element 7, the function F is formed at the output of the equivalence element 7 from the signals B and E. The signals A and F are linked at the output of the AND gate 8 to the set signal G. The reset signal H is applied to the output of the AND gate 9, wherein the input Ä and the negated input F is present. The static setting or reset members G and H cause in the illustrated inventive combination in conjunction with the RS trigger 10 the following (Figure 2):

Kommt es infolge mechanischen Spiels beim Anhalten der bewegten Maschinenteile zum mehrmaligen Ein- und Auslaufen eines Zahns der Zahnscheibe in den Bereich der Initiator-Triggerschwelle, so liegt z. B. eine L/H-Flanke vom Eingang A in Phase mit einer Η-Flanke von Eingang B mehrmals an, obwohl sich die Zahnscheibe nur um etwa 10° bis max. 90° el. vor- und zurückbewegt hat (= Fall A1, bzw. A2 in Figur 2).If there is a mechanical play when stopping the moving machine parts for multiple entry and exit of a tooth of the toothed disc in the range of the initiator trigger threshold, it is z. B. an L / H edge of the input A in phase with a Η edge of input B several times, although the toothed disc only about 10 ° to max. 90 ° el. Has moved back and forth (= case A1, and A2 in Figure 2).

Es liegt dann ein sogenanntes „Prellen" oder „Flattern" eines Eingangssignals vor. In den bisher bekannten Meßsystemen würde dieses „Prellen" mit Fehlzählungen beantwortet werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren gelangen diese . Fehlimpulse jedoch nur über die UND-Glieder 8 bzw. 9 auf einen Eingang S oder R des RS-Triggers 10. Da sich der andere Eingang R oder S infolge der oben genannten Signalverknüpfungen mit nichtnegiertem oder negiertem Signal F:There is then a so-called "bouncing" or "fluttering" of an input signal. In the previously known measuring systems, this "bouncing" would be answered with false counts, but in the method according to the invention, these erroneous pulses only pass through the AND gates 8 and 9 to an input S or R of the RS trigger 10. Since the other input R or S due to the above-mentioned signal connections with non-negated or negated signal F:

G = AxF und H = Ä x F nicht gleichzeitig ändern kann, kommt das sogenannte „Prellen" am Ausgang der Takterzeugung TE (Signal I) nicht zur Wirkung.G = AxF and H = Ä x F can not change simultaneously, the so-called "bouncing" at the output of the clock generation TE (signal I) does not take effect.

„Prellt" im anderen Fall (B1 bzw. B2, B3 in Figur 2) das Signal B bei Konstanz von Signal A innerhalb eines Inkrementes, so kommen diese Fehlimpulse auch nur in G oder H zurWirkung, da eine gleichzeitige Änderung von G und H durch die Verknüpfung von F mit A bzw. F mit Ä ausgeschlossen ist.If, in the other case (B1 or B2, B3 in FIG. 2), the signal B "bounces" within one increment while the signal A remains constant, then these erroneous pulses also only occur in G or H, since a simultaneous change of G and H occurs the combination of F with A or F with Ä is excluded.

Zur endgültigen Bereitstellung der Taktsignale K für den Zähleingang C des V/R-Zählers 13 wird der Takterzeugungsstufe TE der Flankendiskriminator FD nachgeschaltet. Mit Hilfe des Antivalenzgliedes 12 und einer Rückkopplung über den D-Trigger wird bei jedem Flankenwechsel von Signal I ein kurzes Taktsignal für den nachfolgenden Zähler abgeleitet. Voraussetzung dazu ist jedoch das erfindungsgemäß bereitgestellte, statisch stabile, Taktsignal I. Zusammen mit dem statischen Richtungssignal E werden die inkrementalen Wegimpulse im Vor-/Rückwärtszähler 13 gezählt. Infolge fehlender analoger Glieder und der Zweifach-Auswertung der Impulse liegt die maximale Zählfrequenz der Schaltungsanordnung bei etwa 0,2... 10MHz (je nach Schaltgeschwindigkeit der gewählten Bauelemente).For the final provision of the clock signals K for the counting input C of the V / R counter 13 of the clock generation stage TE of the edge discriminator FD is connected downstream. With the help of the Antivalencegliedes 12 and a feedback via the D-trigger a short clock signal for the next counter is derived at each edge change of signal I. However, the precondition for this is the statically stable clock signal I provided according to the invention. Together with the static direction signal E, the incremental path pulses in the up / down counter 13 are counted. Due to the lack of analogue elements and the dual evaluation of the pulses, the maximum counting frequency of the circuit arrangement is approximately 0.2 ... 10 MHz (depending on the switching speed of the selected components).

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Beseitigung von Falschzählungen beim Anhalten und bei der Richtungsumkehr des zu erfassenden Maschinenteils. Dabei wird durch den Verzicht auf analoge Bauelemente und infolge der Zweifachauswertung, des Eingangssignals A eine hohe Genauigkeit bei Auswertung einer konstanten Anzahl von Wegimpulsen bzw. eine Erhöhung der Positioniergeschwindigkeit des Wegmeßsystems erreicht.The main advantage of the method according to the invention is the elimination of false counts when stopping and reversing the direction of the machine part to be detected. In this case, by dispensing with analog components and as a result of the double evaluation of the input signal A, high accuracy is achieved when evaluating a constant number of path pulses or an increase in the positioning speed of the position measuring system.

Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine hohe Störsicherheit gegenüber Schwankungen bei der Überlappung der Signalflanken (90° el.), gegenüber Schwankungen des Puls-Pausen-Verhältnisses, eine relativ hohe Frequenzunabhängigkeit und eine hohe Störsicherheit gegenüber elektromagnetischen Einkopplungen erreicht. Die erstgenannte Störsicherheit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht. Die Störsicherheit gegenüber elektromagnetischen Einkopplungen wird durch die galvanische Trennung der Eingänge mit Hilfe von Optokopplern und durch die Anwendung von RS-Triggern im Richtungsdiskriminator RD und der Takterzeugungsstufe TE erreicht. Weitere Vorteile sind die relativ geringe Anzahl von fünf interierten Schaltkreisen, die Verwendung von nur zwei geschirmten Übertragungsleitungen für die Eingangssignale sowie die im wesentlichen zeitunabhängige Erfassung und Verarbeitung ohne Verwendung eines Taktgenerators. Vorteilhaft ist auch die Erzeugung des statischen Richtungssignals E vor dem phasenrichtigen Erkennen jeder neuen Zählflanke bei jeder Richtungsumkehr.In addition, a high interference immunity to fluctuations in the overlap of the signal edges (90 ° el.) Versus fluctuations in the pulse-pause ratio, a relatively high frequency independence and high interference immunity against electromagnetic coupling achieved by the inventive circuit arrangement. The former interference immunity is achieved by the method according to the invention. The interference immunity against electromagnetic couplings is achieved by the galvanic isolation of the inputs by means of optocouplers and by the application of RS-triggers in the direction discriminator RD and the clock generation stage TE. Further advantages are the relatively small number of five intervening circuits, the use of only two shielded transmission lines for the input signals as well as the substantially time independent detection and processing without the use of a clock generator. Also advantageous is the generation of the static direction signal E before the in-phase detection of each new count edge at each direction reversal.

Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Verbindung mit Vor-/Rückwärtszählern, die bewertete Takteingänge für die Vor- und Rückwärtsrichtung besitzen, wird gemäß Figur 3 mit Hilfe der UND-Glieder 14 und 15 eine Verknüpfung von Richtungssignal E bzw. E und Taktsignal K vorgenommen. Die Ausgänge der UND-Glieder werden dann mit den Zähleingängen CU (dock up) für die Vorwärtsrichtung und CD (dock down) für die Rückwärtsrichtung des Vor-/ Rückwärtszählers 16 verbunden (Figur 3).For the application of the circuit arrangement according to the invention in conjunction with up / down counters having evaluated clock inputs for the forward and reverse directions, a combination of direction signal E or E and clock signal K is made according to Figure 3 with the aid of the AND gates 14 and 15 , The outputs of the AND gates are then connected to the count inputs CU (dock up) for the forward direction and CD (dock down) for the reverse direction of the up / down counter 16 (Figure 3).

Claims

Invention claims:

1. A method for digital incremental displacement measurement, preferably for the positioning and / or display of translational or rotationally moving machine parts, with additional evaluation of fixed machine errors, wherein the directional counting two 90 ° el. Phase-shifted digital rectangular pulse trains are evaluated, and that by means of a Decision logic, the direction "forward" or "backward" is detected and is used as a static direction signal for subsequent reference / actual value comparisons, with parallel counting and direction decision pulse formation, characterized in that parallel to the direction signal detection, an in-phase count pulse is formed such that the rectangular pulse train of a Input signal with the direction signal is logically linked as equivalence function and that the phase-shifted rectangular pulse train of the second input signal with this equivalent function in a logical AND operation an S etzsignal for a trigger forms and that in parallel the reset signal is formed by the logical AND operation of the negated signals equivalence function and second input signal, which always alternately, without overlapping the set signal, applied, so that the in-phase static stable path count at the output of Triggers is present.

2. A method for digital incremental displacement measurement according to item 1, characterized in that the formation of the required path-counting pulses for the distance measurement, or angle measurement, by the double-evaluation of the edges of the count pulse train of the trigger according to item 1.

3. Circuit arrangement for carrying out the method according to the items 1 and 2, wherein the two quadrature by 90 ° el. Digital rectangular pulse trains generated by inductive initiators and optocouplers as inputs to a direction discriminator for detecting the direction of movement and a clock generating circuit to form the counts are supplied and the output signals are connected to a forward / backward counter, characterized in that the input signals of the inputs (A; B) are evaluated in the comparison circuit (TE; FD) arranged parallel to the directional signal recognition in such a way that an equivalent signal is present at the output of the equivalent element (7) (F) is formed of an input signal (B) and the direction signal (E), which in turn with the other input signal (A) at the output of the AND gate (8) forms a set signal (G) and that the negation of the equivalent signal (F ) with the negation of the other input signal (B) at the output of a two AND gate (9) generates a reset signal (H) parallel to the set signal that this set signal (G) sets an RS trigger (10) and that the reset signal (H) resets the RS trigger (10), wherein the formed Trigger signal (I) is a noiseless image of the input signal (A) and that subsequently the edges of the trigger signal in the edge discriminator (FD) are evaluated such that each rising and falling edge of a path count pulse (K) for the input of a / Backward counter (13).

4. Circuit arrangement according to item 2, characterized in that for directional pulse formation of the direction discriminator (RD) from the series circuit of D-trigger (2) and monoflop (4) for forming the set signal and D-trigger (3) and monoflop (5) to form the reset signal for the RS trigger (6) is formed, wherein at the output of the trigger (6) the trouble-free static direction signal '(E) is applied and the D inputs of the D-trigger (2; 3) an input signal (B ) and that the other input signal (A) is present at the clock input (C) of one D-trigger (2), during which negation (A) is fed to the clock input (C) of the other D-trigger (3).

For this 3 pages drawings.