DD273889A1

DD273889A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE INTERPOLATION OF SENSITIVE MEASUREMENT SIGNALS, ESPECIALLY THOSE OF PHOTOELECTRIC MEASUREMENT SYSTEMS

Info

Publication number: DD273889A1
Application number: DD31775588A
Authority: DD
Inventors: Volkmar Fischer; Hermann Merkel; Juergen Hesse; Konrad Steps
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1988-07-11
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1989-11-29
Also published as: DE3918732A1

Abstract

Bei dem Verfahren werden aus, von Gebern 4 erzeugten und gleichgerichteten Messsignalen gleichgerichtete Signale mit um den Faktor k verminderter Amplitude erzeugt, die dann in Komparatoren 3 mit den gleichgerichteten Messsignalen in an sich bekannten logischen Verknuepfungsschaltungen 2 zur Messwertgewinnung weiter verarbeitet werden. Fig. 1In the method, rectified signals generated by encoders 4 and rectified measuring signals are generated with amplitude reduced by the factor k, which signals are then further processed in comparators 3 with the rectified measuring signals in known logical linking circuits 2 for obtaining measured values. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Interpolation von Signalen, insbesondere von fotoelektrischen Meßsystemen, die für Längen- und Winkelmessungen und deren Einstellungen bei Feinmeßgeräten und Werkzeugmaschinen Anwendung finden.The invention relates to a device for interpolating signals, in particular of photoelectric measuring systems, which are used for length and angle measurements and their settings in precision and machine tools application.

Characteristic of the known state of the art

Zur Erhöhung der Auflösung numerischer Meßsysteme für Länge und Winkel werden die durch Abtastung einer Maßverkörperung durch fotoelektrische Empfänger erzeugten elektrischen Signale einer bestimmten Periode durch Interpolation in einer Auswerteeinrichtung auf elektrischem Wege weiter unterteilt.To increase the resolution of numerical measuring systems for length and angle, the electrical signals of a specific period produced by scanning a material measure by photoelectric receivers are further subdivided by interpolation in an evaluation device by electrical means.

Als eine technisch bekannte und weit verbreitete Lösung stellt der Netzwerkinterpolator eine einfache und günstige Einrichtung dafür dar. Bei ihm werden durch Widerstandskombinationen verschiedene Teilamplituden von vier um 90° phasenverschobenen Eingangssignalen (0°, 9O⁰C, 180°, 270°) gewonnen, die dann über Komparatoren miteinander verglichen werden, wobei die Ausgangssignale dieser Komparatoren durch nachgeordnete logische Elemente miteinander verknüpft werden, so daß am Ausgang des Interpolators zwei um 90° versetzte Rechteckimpulsfolgen ausgegeben werden. Von Vorteil ist dabei die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit. Es tritt keine störende Zeitverzögerung zwischen optischer Information und weiterverarbeitetem, ausgegebenem elektrischen Signal auf. Der Netzwerkinterpolator ist aber nur für niedrige Interpolationsfaktoren geeignet, da mit höherem Interpolationsfaktor die Anforderungen an Signalqualität, an präzise Bauelemente sowie vor allem der Aufwand an Bauelementen sehr schnell steigen und somit der technischen Realisierbarkeit Grenzen gesetzt sind.As a technically known and widely used solution, the Netzwerkinterpolator an easy and cheap means therefor. In him are resistor combinations different partial amplitudes of four 90 ° phase shifted input signals (0 °, 9O ⁰ C, 180 °, 270 °) won the are then compared with each other via comparators, wherein the output signals of these comparators are linked by downstream logic elements, so that at the output of the interpolator two offset by 90 ° rectangular pulse trains are output. The advantage here is the high processing speed. There is no disturbing time delay between optical information and further processed output electrical signal. However, the network interpolator is only suitable for low interpolation factors, since with higher interpolation factor, the demands on signal quality, on precise components and, above all, the complexity of components increase very rapidly and thus the technical feasibility limits are set.

Andere Verfahren und Einrichtungen zur Interpolation arbeiten auf der Grundlage der phasenzyklischen Interpolation (DD-PS 128338) und der Rechnerinterpolation (DE-PS 2758525; DE-PS 2729697) und gestatten sehr hohe Interpolationsfaktoren. Sie erlauben aber bei voller Auflösung nur geringe Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Ferner ist ein relativ hoher Aufwand erforderlich, der im wesentlichen unabhängig vom Interpolationsfaktor ist. Sie gestatten im allgemeinen nicht oder nur mit zusätzlichem Aufwand am Ausgang des Interpolators die Ausgabe von zwei um 90° versetzten Rechteckimpulsfolgen, wie sie für viele Steuerungen und Anzeigen erforderlich sind.Other methods and devices for interpolation operate on the basis of phase-cyclic interpolation (DD-PS 128338) and computer interpolation (DE-PS 2758525, DE-PS 2729697) and allow very high interpolation factors. However, they only allow low processing speeds at full resolution. Furthermore, a relatively high effort is required, which is essentially independent of the interpolation factor. In general, they do not permit the output of two square wave pulse sequences, which are offset by 90 °, as required for many controllers and displays, or only at the expense of the output of the interpolator.

In der DE-AS 1945206 wird beschrieben, daß ein weg- und winkelabhängiges Signal über eine Reihe von Komparatoren mit unterschiedlichem Triggerniveau geführt wird und der dazugehörige Referenzpegel von der Signalamplitude abhängig ist und aus den Eingangssignalen erzeugt wird, wobei das über die Komparatoren geführte eine weg- bzw. winkelabhängige Signal durch ein- oder mehrfache Frequenzverdopplung aus den Eingangssignalen gewonnen wird.In DE-AS 1945206 it is described that a path and angle-dependent signal is passed through a series of comparators with different trigger level and the associated reference level is dependent on the signal amplitude and is generated from the input signals, which led over the comparators one way - or angle-dependent signal is obtained by one or more frequency doubling from the input signals.

In der DE-AS 1231911 ist die Bildung von Summen- und Differenzsignalen beschrieben, die mit den Eingangssignalen auf Impulsformerstufen gegeben werden. Dieses Verfahren und die dazugehörige Einrichtung gestatten jedoch nur eine Zweifachinterpolation.In DE-AS 1231911 the formation of sum and difference signals is described, which are given with the input signals to pulse shaper stages. However, this method and associated apparatus allow only a two-fold interpolation.

Weitere Verfahren zur Meßwertgewinnung bei inkrementalen Weg- und Winkelmeßsystemen sind aus der DD-PS 139372 bekannt, bei denen der technisch-ökonomische Aufwand recht hoch ist.Further methods for obtaining measured values in incremental path and angle measuring systems are known from DD-PS 139372, in which the technical and economic outlay is quite high.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und mit geringem technischen Abstand einen Interpolator mit hohem Interpolationsfaktor zu schaffen.It is the object of the invention to overcome the drawbacks of the prior art and to provide an interpolator with a high interpolation factor with little technical distance.

Essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Interpolation sinusförmiger Signale, insbesondere von fotoelektrischen Meßsystemen, zu schaffen, mit welcher mit geringem technischen Aufwand und unter Beibehaltung der Vorteile des Netzwerkinterpolators der Interpolationsfaktor erhöht wird.The invention has for its object to provide a method and apparatus for interpolating sinusoidal signals, in particular of photoelectric measuring systems, with which the interpolation factor is increased with little technical effort and while maintaining the advantages of the network interpolator.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Interpolation sinusförmiger Meßsignale, insbesondere solcher von fotoelektrischen Meßsystemen, bei welchem in einem Interpolator zwei von Gebern gelieferte, sinusförmige, um 90° phasenverschobene und verstärkte Meßsignale sinx und cosx erzeugt, gleichgerichtet und über Signalvergleich sowie durch logische Verknüpfung miteinander zur Meßwertbildung weiterverarbeitet werden, dadurch gelöst, daß aus den gleichgerichteten sinusförmigen Meßsignalen gleichgerichtete Signale mit um den Faktor к verminderter Amplitude erzeugt werden, wobei dann in Komparatoren die Signale verminderter Amplitude mit den gleichgerichteten Meßsignalen in an sich bekannter Weise verglichen und zur Meßwertgewinnung weiter logisch verknüpft werden.According to the invention, this object is achieved in a method for interpolating sinusoidal measuring signals, in particular those of photoelectric measuring systems, in which two encoders delivered by sinusoidal, phase-shifted by 90 ° and amplified measurement signals sinx and cosx generated rectified and via signal comparison and logical operation in an interpolator be further processed with each other for Meßwertbildung, achieved by the rectified sinusoidal measurement signals rectified signals are generated by a factor of к reduced amplitude, then compared in comparators, the signals of reduced amplitude with the rectified measurement signals in a conventional manner and for data acquisition further logical be linked.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt die von Gebern erzeugten, in Verstärkern verstärkten, um 90° phasenverschobenen, sinusförmigen Meßsignale gleichrichtenden Gleichrichterschaltungen, diesen nachgeschalteten Komparatoren und logischen Verknüpfungsschaltungen und löst die Aufgabe dadurch, daß zwischen den Gleichrichterschaltungen und den Komparatoren die Amplitude der elektrischen Signale um den Faktor к herabsetzende Spannungsteiler zwischengeschaltet sind.A device for carrying out the method comprises the transmitter-generated, amplified in amplifiers, 90 ° out of phase, sinusoidal Meßsignale rectifying rectifier circuits, these downstream comparators and logic operation circuits and solves the problem in that between the rectifier circuits and the comparators, the amplitude of the electrical signals are interposed by the factor к derating voltage divider.

Durch Anwendung der Erfindung wird mit geringem elektrischen Aufwand eine wesentliche Erhöhung der Auflösung numerischer Meßsysteme erreicht, wobei die Anzahl der benötigten Komparatoren und logischen Verknüpfungsschaltungen nicht oder nur unwesentlich erhöht wird.By applying the invention, a significant increase in the resolution of numerical measuring systems is achieved with little electrical effort, the number of required comparators and logic operation circuits is not or only slightly increased.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the drawing show

Fig. 1: das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2: das Blockschaltbild einer Vorstufe zur Erzeugung der doppelten Frequenz der Eingangssignale und Fig. 3: a bis e: Signalverläufe zur Einrichtung nach Fig. 2.1 is a block diagram of a device for carrying out the method, FIG. 2 is a block diagram of a preliminary stage for generating the double frequency of the input signals, and FIGS. 3 a to e are signal curves for the device according to FIG. 2.

Bei dem Verfahren zur Interpolation sinusförmiger Meßsignale von fotoelektrischen Meßsystemen werden in einem Interpolator zwei von Gebern gelieferte sinusförmige, um 90° phasenverschobene und verstärkte Meßsignale sinx und cosx erzeugt, in Gleichrichterschaltungen 1 gleichgerichtet und über einen Signalvergleich, sowie durch logische Verknüpfungsschaltungen miteinander zur Meßwertbildung weiterverarbeitet. Aus den gleichgerichteten sinusförmigen Meßsignalen werden durch Spannungsteiler 6 oder andere geeignete Schaltungen gleichgerichtete Signale mit um den Faktor к verminderter Amplitude erzeugt, wobei к = ki...k„ < 1 ist. In Komparatoren 3 werden dann die Signale |k · sinx| und |k cosx| mit verminderter Amplitude mit den gleichgerichteten Meßsignalen in an sich bekannter Weise verglichen und in den logischen Verknüpfungsschaltungen 2 zur Meßwertgewinnung weiter logisch verknüpft. Die gleichgerichteten Meßsignale |sinx| und |cosx| werden mit den Signalen verminderter Amplitude |k · sinx| und |k · cosx| verglichen, wobei sich hierbei pro Periode der Meßsignale sinx und cosx die doppelte Anzahl der Schnittpunkte ergibt, da die Betragsbildung einer Frequenzverdopplung entspricht, so daß über jeden der Komparatoren 3 pro Periode vier Schnittpunkte anstelle bisher zwei ausgewertet werden und somit für einen bestimmten Interpolationsfaktor nur die halbe Anzahl der sonst erforderlichen Komparatoren 3 notwendig ist. Aus diesem Grunde ist dann auch der Umfang der nachgeschalteten Verknüpfungsschaltungen entsprechend niedriger. Außerdem sind als Eingangssignale nur noch die Signale sinx und cosx erforderlich, während bei den herkömmlichen Interpolationseinrichtungen noch die entsprechenden invertierten Signale -sinx und -cosx benötigt werden. Nach dem Blockschaltbild der Einrichtung nach Fig. 1 sind den Gebern 4 die Meßsignale verstärkende Verstärker 5 nachgeordnet, denen sich ausgangsseitig die Gleichrichterschaltungen 1 anschließen. Die damit verbundenen Spannungsteiler 6 sind mit an sich bekannten Komparatoren 3 verbunden, denen sich ausgangsseitig die die auswertbaren Signale Z, und Z₂ erzeugenden logischen Verknüpfungsschaltungen 2 anschließen.In the method for interpolating sinusoidal measuring signals from photoelectric measuring systems, two sinusoidal, 90 ° phase-shifted and amplified measuring signals sinx and cosx are generated in an interpolator, rectified in rectifier circuits 1 and further processed via a signal comparison, and by logic operation circuits for Meßwertbildung. From the rectified sinusoidal measuring signals are generated by voltage divider 6 or other suitable circuits rectified signals with a factor of к reduced amplitude, where к = ki ... k "<1. In comparators 3, the signals | k · sinx | and | k cosx | compared with reduced amplitude with the rectified measuring signals in a conventional manner and further logically linked in the logic operation circuits 2 for data acquisition. The rectified measuring signals | sinx | and | cosx | are used with the signals of reduced amplitude | k · sinx | and | k · cosx | compared, whereby in this case per period of the measuring signals sinx and cosx twice the number of intersections results, since the magnitude of a frequency doubling corresponds so that four intersections instead of two are evaluated over each of the comparators 3 per period and thus for a given interpolation factor only the half the number of comparators 3 otherwise required is necessary. For this reason, then the scope of the downstream logic circuits is correspondingly lower. In addition, only the signals sinx and cosx are required as input signals, while in the conventional interpolation devices, the corresponding inverted signals -sinx and -cosx are still required. According to the block diagram of the device according to FIG. 1, the transmitters 4 are followed by the measuring signals amplifying amplifiers 5, which are followed by the rectifier circuits 1 on the output side. The associated voltage divider 6 are connected to known comparators 3, which the output side, the evaluable signals Z, and Z ₂ generating logical combination circuits 2 connect.

Eine weitere Möglichkeit für die Erhöhung des Interpolationsfaktors besteht darin, den Netzwerkinterpolator durch eine Vorstufe zur Erzeugung der doppelten Frequenz zu erweitern. Das Blockschaltbild einer solchen Vorstufe ist in Fig. 2 dargestellt. Aus den, von den hier nicht dargestellten Gebern gelieferten Meßsignalen sinx und cosx werden über Gleichrichterschaltungen 7 einerseits Signale |sinx| und |cosx| und andererseits über Summenbildner 8 und Differenzbildner 9 und nachfolgenden Gleichrichterschaltungen 10 zwei um 90° versetzte, allerdings fast dreieckförmige, Signale |sinx + cosx| und |sinx — cosx| erzeugt. Über nachgeschaltete Differenzbildner 11 und 12 werden daraus Signale |sinx - cosx| und |sinx + cosx| — |cosx — sinx| gebildet, die zueinander um 90° phasenverschoben sind und die als Eingangssignale für die in Fig. 1 dargestellte Schaltung dienen können. Für die Verarbeitung der dreieckähnlichen Signale in dem dazugehörigen Netzwerkinterpolator ist es lediglich notwendig, die Widerstandskombination in den Spannungsteilern 6 zur Erzeugung der unterschiedlichen Signalamplituden der Signalform anzupassen.Another way to increase the interpolation factor is to extend the network interpolator with a dual-frequency precursor. The block diagram of such a preliminary stage is shown in FIG. From the measurement signals sinx and cosx supplied by the encoders, not shown here, signals | sinx | and | cosx | and on the other hand via summator 8 and subtractor 9 and subsequent rectifier circuits 10 two signals 90 ° offset, but almost triangular, signals | sinx + cosx | and | sinx - cosx | generated. Via downstream difference formers 11 and 12, signals | sinx - cosx | and | sinx + cosx | - | cosx - sinx | formed, which are phase-shifted by 90 ° to each other and can serve as input signals for the circuit shown in Fig. 1. For the processing of the triangle-like signals in the associated network interpolator, it is only necessary to adapt the resistor combination in the voltage dividers 6 to produce the different signal amplitudes of the signal form.

In gleicher Weise können diese mindestens zwei Signale doppelter Frequenz bzw. halber Periode auch Interpolatoren mit anderen Prinzipien bzw. halber Periode auch Interpolatoren mit anderen Prinzipien und auch anderen Signalverarbeitungseingängen, die z. 8. am Eingang analoge Signale erfordern, zugeführt werden.In the same way, these at least two signals of double frequency or half period, interpolators with other principles or half period and interpolators with other principles and also other signal processing inputs, the z. 8. Require analog signals at the input.

Claims

1. A method for interpolating sinusoidal measuring signals, in particular those of photoelectric measuring systems, in which in an interpolator two encoder supplied, sinusoidal, phase-shifted by 90 ° and amplified measurement signals sinx and cosx generated, rectified and further processed by signal comparison and logic operation with each other for the formation of measured values were, characterized in that signals rectified by the rectified sinusoidal signals were generated by the factor к reduced amplitude, then in comparators (3) the signals of reduced amplitude compared with the rectified measuring signals in a conventional manner and further logically linked to the Meßwertgewinnung become.

3. A device for carrying out the method according to claim 1, comprising, generated by donors, amplified in amplified, phase-shifted by 90 °, sinusoidal measuring signals rectifying rectifier circuits, these downstream comparators and logic operation circuits, characterized in that between the rectifier circuits (1) and the comparators (3) the amplitude of the electrical signals by the factor к derating voltage divider (6) are interposed.