DD291143A5

DD291143A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE FORMING OF SINE-RELATED SENSOR SIGNALS OF A POSITIONING MEASUREMENT SYSTEM HIGH RESOLUTION

Info

Publication number: DD291143A5
Application number: DD33643789A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Schleicher; Joachim Tschuck; Klaus Spring; Hans Fonfara
Original assignee: Fz Des Werkzeugmaschinenbaues Chemnitz,De; Veb Carl Zeiss Jena,De
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1991-06-20

Abstract

Schaltungsanordnung zur Umformung sinusaehnlicher Sensorsignale eines Positionsmeszsystems hoher Aufloesung fuer grosze Verfahrgeschwindigkeit. Durch versetzte Maszstabteilungsabtastung werden aus mehreren Sensorsignalen in zugeordneten Modulationszweigen mit einer Teilerschaltung diskrete Teilsignale gebildet, die taktweise von Abgriffschaltern in Abhaengigkeit einer Traegerfrequenz aktiv geschaltet und zu einem treppenfoermigen, einem sinusfoermigen Verlauf angenaeherten Produktsignal mit vom Sensorsignal abhaengiger Amplitude und vom Traegersignal abhaengiger Frequenz addiert werden. Zur besseren Annaeherung des Produktsignals an die Sinusform sind hohe Approximationsschrittzahlen erforderlich, die ohne Erhoehung der Schaltfrequenz der Abgriffschalter dadurch erreicht werden, dasz wenige Teilsignale mehrfach parallel von Abgriffschaltern mehrerer Schalteinrichtungen aktiv geschaltet werden. Dabei wird taktgesteuert und taktweise versetzt die Konfiguration der in allen Schalteinrichtungen angeschlossenen Abgriffschalter geaendert. Fig. 1{Positionsmeszsystem; versetzte Maszstabteilungsabtastung; Modulationszweig; Teilerschaltung; diskrete Teilsignale; taktgesteuerte Abgriffschalter; treppenfoermiges Produktsignal; angenaeherte Sinusverlauf}Circuit arrangement for reshaping sine-like sensor signals of a high-resolution position-sensing system for a large travel speed. By staggered Maszstabteilungsabtast discrete partial signals are formed from a plurality of sensor signals in associated modulation branches with a divider circuit, which are cyclically activated by tap-changers in response to a Traegerfrequenz and added to a staircase, a sinusoidal waveform approached product signal with the sensor signal dependent amplitude and frequency dependent on the carrier signal. For a better approximation of the product signal to the sine wave form, high approximation step numbers are required, which are achieved without increasing the switching frequency of the tapping switches by switching a few sub-signals several times in parallel by tapping switches of a plurality of switching devices. In this case, clock-controlled and cyclically offset, the configuration of the tap switches connected in all switching devices has been changed. Fig. 1 {Positioning system; offset metric divisional sampling; Modulation branch; Divider circuit; discrete subsignals; clock-controlled tap-off switches; staircase-shaped product signal; near sine wave}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umformung sinusähnlicher Sensorsignale eines Positionsmeßsystems hoher Auflösung für große Verfahrgeschwindigkeit, wobei mit versetzter Maßstabsteilungsabtastung mehrere Sensorsignale abgenommen und aus ihnen in zugeordneten Modulationszweigen mit einer Teilerschaltung diskrete Teilsignale gebildet werden, die taktweise in Abhängigkeit einer Trägerfrequenz von Abgriffschaltern aktiv geschaltet werden, die von einem Steuerwerk aktivierbar sind.The invention relates to a circuit arrangement for reshaping sine-like sensor signals of a position measuring system of high resolution for high traversing speed, with offset scale division scanning a plurality of sensor signals are removed and formed from them in associated modulation branches with a divider discrete sub-signals, the clock-wise activated in response to a carrier frequency of Abgriffschaltern which can be activated by a control unit.

Die Teilsignale werden in einer Summationsschaltung zu einem treppenförmigen, einem sinusförmigen Verlauf angenäherten Produktsignal mit vom Sensorsignal abhängiger Amplitude und vom Trägersignal abhängiger Frequenz addiert. Die in den Modulationszweigen gebildeten Produktsignale werden zu einem Positionssignal zusammengefaßt, dessen Phasenwinkel bezogen zum Trägersignal die Position abbildet. Die Schaltungsanordnung arbeitet mit einem Taktgenerator.The sub-signals are added in a summation circuit to a step-shaped, approximated sinusoidal waveform product signal with the sensor signal dependent amplitude and the carrier signal dependent frequency. The product signals formed in the modulation branches are combined to form a position signal whose phase angle relative to the carrier signal images the position. The circuit operates with a clock generator.

Characteristics of the known state of Tochnlk

Aus der DD-PS 246615 ist eine Schaltungsanordnung zur phasenmodulierten Umformung von Sensorsignalen, insbesondere von Sinus/Kosinus-Rastermaßstababtastsignalen in ein Wegmeßsignal bekannt. Es sind dafür zwei Modulations™ 'ηβ vorgesehen, wobei in jedem dieser eine Abtast-und SensorsignalerzeugungsschaltungsowieeinProduktbildnerenthalten sind. Die Ausgangssignale der Modulationszweige werden zu einem phasenmodulierten Signal addiert, dessen Phasenwinkel die Wegstelle des Rastermaßstabes abbildet. Die Produktbildnerschaltung umfaßt eine Hüllkurvenschaltung, eine Signalteilerschaltung, Abgriffschalter einschließlich einer Aktivierungsschaltung für die Abgriffschalter sowie einen Summator mit nachgeschaltetem Filterglied.From DD-PS 246615 a circuit arrangement for the phase-modulated conversion of sensor signals, in particular of sine / cosine Rastermaßstababtastsignalen in a Wegmeßsignal is known. There are two Modulations ™ 'ηβ provided for this purpose, each containing a sample and sensor signal generation circuit and a product generator . The output signals of the modulation branches are added to a phase-modulated signal whose phase angle maps the path of the grid scale. The Produktbildnerschaltung includes an envelope circuit, a signal divider circuit, tap switch including an activation circuit for the tap switch and a summer with a downstream filter element.

Das sinusförmige Signalprodukt wird dabei mit einer festen driftfreien Phasenlage zum vom Systomtakt abgeleiteten Trägersignal erzeugt, was für eine absolute Positionsermittlung mittels Meßwertinterpolation in dor Maßstabteilungsperiode erforderlich ist. Durch eine Erhöhung der Anzahl der Sensorteilsignale wird das zu erzeugende sinusförmige Produktsignal ausreichend stetig aus der Trägersignalwelle und dem Sensorsignal approximiert. Aus dem treppenförmig verlaufenden Signal wird durch die nachgeschalteten Filter ein verbessertes stetiger verlaufendes Näherungssignal erreicht. Dieses verbesserte, stetige Näherungssignal ist die Voraussetzung dafür, daß die nachfolgende Meßwertinterpolation mit einem hohen Interpolationsfaktor realisiert werden kann. Jede Filterschaltung führt aber ihrerseits, je größer ihre Wirkung ist, zu Phasenfehlern, die temperatur- und frequenzabhängig unterschiedlich groß sind und dadurch schwer korrigierbare Wegmoßfehler hervorrufen. Die Erhöhung der Meßauflösung durch Anwendung eines erhöhten Interpolationsfaktors ohne dominierende zusätzliche Filterglieder kann aber hur dann zum Erfolg führen, wenn bereits die Produktsignale wesentlich besser an die Sinusform approximiert werden. Die Erhöhung der Schrittzahl für die Approximation erfordert, sofern die Meßdynamik nicht verschlechtert werden soll, daß die Schaltfrequenz der Abgriffschalter um den gleichen Faktor wie die Approximationsschrittzahl erhöht werden muß.In this case, the sinusoidal signal product is generated with a fixed drift-free phase position relative to the carrier signal derived from the systom clock, which is necessary for an absolute position determination by means of measured value interpolation in the graduation period. By increasing the number of sensor part signals, the sinusoidal product signal to be generated is sufficiently steadily approximated from the carrier signal wave and the sensor signal. From the stepped signal, an improved steady-state approximation signal is achieved by the downstream filter. This improved, steady approximation signal is the prerequisite for the subsequent Meßwertinterpolation can be realized with a high interpolation factor. Each filter circuit, however, in turn, the greater their effect, leads to phase errors that are different in temperature and frequency depending on the size and thus cause difficult to correct Wegmoßfehler. However, increasing the measurement resolution by using an increased interpolation factor without dominating additional filter elements can then be successful if the product signals are already much better approximated to the sinusoidal shape. The increase of the step number for the approximation requires, unless the measurement dynamics are to be degraded, that the switching frequency of the tap switch must be increased by the same factor as the approximation step number.

Diesem Lösungsweg sind bisher mit Erreichen der Grenzschaltfrequenz der Abgriffschalter Grenzen gesetzt. Andererseits ist es bekanntermaßen möglich, die Wegauflösung bei gleichbleibendem Interpolationsfaktor durch Verkleinerung der Maßstabteilungsperiode zu erhöhen. Das führt bei der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit des Meßobjektes zu einem vergrößerten Frequenzhub des phasenmodulierten Positionsmeßsignals. Daraus resultiert die Forderung nach einer höheren Trägerfrequenz, um den relativen Frequenzhub für die zulässige maximale Bewegungsgeschwindigkeit konstant halten zu können. Der Erzeugung einer höheren Trägerfrequenz sind aber dadurch Grenzen gesetzt, daß die Bedingung einer driftfreien Phasenlage der Trägersignalfrequenz zum Systemtakt nur auf quasi digitaler Basis realisierbar ist und insbesondere die dafür erforderlichen Abgriffschalter (Signalschalter) an die Grenze ihrer Schaltfrequenz kommen.This approach has so far set limits when reaching the limit switching frequency of the tap switch. On the other hand, it is known to be possible to increase the path resolution while maintaining the interpolation factor by reducing the scale period. This leads to an increased frequency deviation of the phase-modulated position measurement signal at the maximum movement speed of the measurement object. This results in the requirement for a higher carrier frequency in order to keep constant the relative frequency deviation for the permissible maximum movement speed. The generation of a higher carrier frequency but are limited by the fact that the condition of a drift-free phase of the carrier signal frequency to system clock can be realized only on a quasi-digital basis and in particular the necessary tap (signal switch) come to the limit of their switching frequency.

Mit dem bekannten Stand der Technik (DD 246615) läßt sich deshalb bei hohen Genauigkeitsanforderungen, wie z. B. Meßmaschinen mit einer Wegauflösung von 0,1 Mikrometer, nur eine Bewegungsgeschwindigkeit von etwa 2 bis 3 Meter pro Minute erreichen.With the known prior art (DD 246615) can therefore be at high accuracy requirements, such. B. measuring machines with a path resolution of 0.1 microns, only reach a movement speed of about 2 to 3 meters per minute.

Wegauflösungen von 0,1 Mikrometer und Bewegungsgeschwindigkeit von 15 Meter pro Minute, wie dies für Bahnsteuerungen moderner Werkzeugmaschinen gefordert wird, lassen sich mit den bekannten Steuerungen im durchgängigen Echtzeitbetrieb nicht realisieren. Zur Überwindung der mit den bekannten technischen Mitteln erreichten Grenze hinsichtlich einer hohen Meßauflösung bei gleichzeitig hoher Verfahrgeschwindigkeit des Meßobjekts wurden bisher nur Lösungswege gefunden, die die Verarbeitung der anlaufenden Meßsignale geschwindigkeitsabhängig mit unterschiedlichem Verarbeitungsmode vornehmen, d.h. den Verarbeitungsmode wechseln und erst nach Reduzierung der maximalen Verfahrgeschwindigkeit mit der Meßsignalverarbeitung in den hochauflösenden Mode zurückkehren.Path resolutions of 0.1 micrometers and a movement speed of 15 meters per minute, as required for the path control of modern machine tools, can not be realized with the known controllers in continuous real-time operation. In order to overcome the limit reached with the known technical means with regard to a high measuring resolution with simultaneously high traversing speed of the test object, only solutions have been found which make the processing of the incoming measuring signals dependent on the speed with different processing mode, i. Change the processing mode and return to the high-resolution mode after reducing the maximum traversing speed with the Meßsignalverarbeitung.

Object of the invention

Die Erfindung hat die phasenmodulierende Umformung sinusähnlicher Sensorsignale eines Positionsmeßsystems hoher Auflösung für hohe Verfahrgeschwindigkeiten des Meßohjektes zum Ziel. Außerdem sollen keine temperatur- und geschwindigkeitsa^hängigen Positionsmeßfehler entstehen.The object of the invention is the phase modulating conversion of sinusoidal sensor signals of a high resolution position measuring system for high speeds of travel of the measuring object. In addition, no temperature and speed-dependent position measuring errors should arise.

Presentation of the wading of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Umformung sinusähnlicher Sensorsignale eines Positionsmeßsystems hoher Auflösung, welches aus mit versetzter Maßstabteilungsabtastung abgenommenen mehreren Sensorsignalen in zugeordneten Modulationszweigen diskrete Teilsignale bildet, die taktweise von Abgriffschaltern aktiv geschaltet werden, so weiterzubilden, daß die Abgriffschalter mit unveränderlicher Schaltfrequenz das treppenförmige, dem Sinusverlauf angenäherte Produktsignal aus der Trägersignalwelle und dem Sensorsignal im Echtzeitbetrieb sowohl mit einer erhöhten Approximationsschrittzahl bei gleichbleibender Trägerfrequenz und reduzierten Filtermaßnahmen als auch mit erhöhter Trägerfrequenz bei unveränderter Approximationsschrittzahl ohne verstärkte Filtermaßnahmen approximiert werden soll. Die Anwendung eines solchen hochauflösenden Positionsmeßsystenr.s soll hin zur Meßbarkeit von mit höheren Geschwindigkeiten bewegten Meßobjekten erweitert werden.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for reshaping sinusoidal sensor signals of a position measuring high resolution, which consists of staggered graduation scanning removed multiple sensor signals in associated modulation branches discrete sub-signals that are cyclically activated by Abgriffschaltern active, so educate, that the tap switch with fixed switching frequency the step-shaped product signal from the carrier signal wave and the sensor signal approximating the sinusoidal waveform should be approximated in real-time operation with an increased approximation step number at a constant carrier frequency and reduced filter measures as well as with an increased carrier frequency with an unchanged approximation step number without amplified filter measures. The application of such a high-resolution position measuring system is to be extended to the measurability of measuring objects moved at higher speeds.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in jedem Modulationszweig an die Teilerschaltung mehrere Schalteinrichtungen mit einer gleichen Anzahl von Abgriff schaltern parallel angeschlossen sind, so daß jedes Teilsignal in jeder Schalteinrichtung von mindestens einem zugehörigen Abgriffschalter aktiv schaltbar ist. Das Steuerwerk enthält jeweils eine zu den Abgriffschaltern jeder Schalteinrichtung zugeordnete Aktivierungsschaltung, die über eine Taktverteilerschaltung an den Taktgenerator geschaltet sind. Jede Aktivierungsschaltung ist an einem zugehörigen Ausgang der Taktverteilerschaltung angeschlossen, und die Ausgänge der Abgriffschalter aller Schalteinrichtungen sind mit der Summationsschaltung verbunden. Die Taktverteilerschaltung ist vorzugsweise ein rückgeführtes Schieberegister. In einer.Ausführungsvariante einer halbringförmigen Anschaltung der Teilsignale sind die Abgriffschalter innerhalb jeder Schalteinrichtung von der zugehörigen Aktivierungsschaltung abwechselnd in vor- und rückwärtiger Reihenfolge anschaltbar. In einer anderen Ausführungsvariante einer ringförmigen Anschaltung der Teilsignale ist innerhalb jeder Schalteinrichtung jedes Teilsignal von zwei Abgriffschaltern aktiv schaltbar, wobei an jedem Ausgang der Aktivierungsschaltung nur ein zugehöriger Abgriffschalter angeschlossen ist. Dabei sind die jeweils ersten den Teilsignalen zugeordneten Abgriffschalter in aufsteigender Reihenfolge und die jeweils zweiten den Teilsignalen zugeordneten Abgriffschalter in abfallender Reihenfolge der Teilsignale angeschaltet.According to the invention this object is achieved in that in each modulation branch to the divider circuit several switching devices with an equal number of tap switches are connected in parallel, so that each component signal in each switching device of at least one associated tap switch is actively switched. The control unit contains in each case one to the tap switches each switching device associated activation circuit, which are connected via a clock distributor circuit to the clock generator. Each activation circuit is connected to an associated output of the clock distribution circuit and the outputs of the tap-off switches of all the switching devices are connected to the summing circuit. The clock distribution circuit is preferably a feedback shift register. In a variant of a semi-annular connection of the component signals, the tap-changers within each switching device can be connected alternately in forward and backward order by the associated activation circuit. In another embodiment of an annular connection of the sub-signals, each sub-signal of two Abgriffschaltern is actively switched within each switching device, wherein at each output of the activation circuit only an associated tap switch is connected. In this case, the respective first tap signals assigned to the partial signals are connected in ascending order and the respective second tap switches assigned to the partial signals are switched on in the descending order of the partial signals.

Autführungebelsplel In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it

Fig. 1: Ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Fig. 2: eine Anschaltbaugruppe in halbringförmiger Anschaltung Fig. 3: eine Anschaltbaugruppe in halbringförmiger Anschaltung1 shows a block circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention; FIG. 2 shows a start-up module in semi-annular connection; FIG. 3 shows a start-up module in semi-annular connection

Ein Rastermaßstab R (Fig. 1) wird an mehreren Stellen fotoelektrisch abgetastet. Die zugehörigen Lichtquellen L1; L2; L3 und Sensorsignalerzeugungsschaltungen SE 1; SE 2; SE3 mit den Sensoren E1; E2; E3 sind bezüglich der Teilungsmarken des Rastermaßstabes R zueinander versetzt angeordnet. Die Sensorsignalerzeugungsschaltungen SE 1; SE 2; SE 3 sind unterschiedlichen Modulationszweigen zugeordnet. Jede Sensorsignalerzeugungsschaltung SE 1; SE 2; SE3 ist in einer zugeordneten Produktbildnerschaltung P1; P2; P3 auf eine Summatlonsschaltung SUM geschaltet. Die Ausgänge der Summationsschaltung SUM der Produktbildnerschaltung P1; P2; P3 sind über eine Additionsschaltung ADD zu einem phaseiimodulierten Signal zusammengefaßt, dessen Phasenwinkel als Signalparameter die absolute Wegstelle in einer Teilung des Rastermaßstabes R abbildet. Jede Produktbildnerschaltung P1; P2; P3 umfaßt eingangsseitig eine Schaltung H für das Bereitstellen des direkten und inversen Sensorsignals und eine Teilerschaltung TS mit acht Teilerwiderständen, welche Teilsignale 1 bis 8 ausgeben. Außerdem sind zwei Gruppen von AbgriffschalternS in Schalteinheiten G1, G 2 vorgesehen, die über zwei zugehörige Anschaltbaugruppen AS 1, AS 2 die Teilsignale 1 bis 8 anschalten und auf die Summationsschaltung SUM durchschalten. Dio in den Schalteinheiten G1, G 2 enthaltenen von Abgriffschaltern S1 bis S 8 werden von zugehörigen Aktivierungsschaltern AK1, AK2 über deren Ausgänge A1 bis A_n zum Aktivschalten der Teilsignale 1 bis 8 angesteuert. Die Aktivierungsschaltungen AK1, AK 2 sind unter Zwischenschaltung einer Taktverteilerschaltung TV am Taktgenerator TG angeschlossen.A grid scale R (Figure 1) is photoelectrically scanned at several locations. The associated light sources L1; L2; L3 and sensor signal generating circuits SE 1; SE 2; SE3 with the sensors E1; E2; E3 are arranged offset with respect to the pitch marks of the grid scale R to each other. The sensor signal generating circuits SE 1; SE 2; SE 3 are assigned to different modulation branches. Each sensor signal generation circuit SE 1; SE 2; SE3 is in an associated product builder circuit P1; P2; P3 switched to a Summatlonsschaltung SUM. The outputs of the summing circuit SUM of the product forming circuit P1; P2; P3 are combined via an addition circuit ADD to a phaseiimodulierten signal whose phase angle maps as a signal parameter, the absolute path in a division of the grid scale R. Each product forming circuit P1; P2; P3 has on the input side a circuit H for providing the direct and inverse sensor signal and a divider circuit TS with eight divider resistors which output partial signals 1 to 8. In addition, two groups of tap-off switches S are provided in switching units G1, G 2 which, via two associated controller boards AS 1, AS 2, turn on the partial signals 1 to 8 and switch them on to the summation circuit SUM. Dio contained in the switching units G1, G 2 of Abgriffschaltern S1 to S 8 are controlled by associated activation switches AK1, AK2 via their outputs A1 to A _n for activating the sub-signals 1 to 8. The activation circuits AK1, AK 2 are connected to the clock generator TG with the interposition of a clock distributor circuit TV.

Die halbringförmige Anschaltung in der Anschaltbaugruppe AS (Fig. 2) zeigt, daß jedes der Teilsignale 1 bis 8 in jeder Schalteinheit G an einem zugehörigen Abgriffschalter S1 bis S 8 angeschlossen ist. Die Ausgänge A1 bis A8 der jeweiligen Aktivierungsschaltung AK sind in der Aufrufreihenfolge auf die Abgriffschalter S1 bis S 8 geschaltet.The semi-annular connection in the controller board AS (FIG. 2) shows that each of the component signals 1 to 8 in each switching unit G is connected to an associated tap switch S1 to S8. The outputs A1 to A8 of the respective activation circuit AK are connected in the order of calling to the tap switches S1 to S8.

Bei der ringförmigen Anschaltung (Fig. 3) wird jedes Teilsignal 1 bis 8 von zwei zugehörigen Abgriffschaltern S1 bis S16, aktiv geschaltet, wobei der Abgriffschalter S9 das Teilsignal 8, der Abgriffschalter S10 das Teilsignal 7 und so weiter bis zum Abgriffschalter S16, der wiederum das Teilsignal 1 aktiv schaltet. Die zugehörige Aktivierungsschaltung AK besitzt die doppelte Anzahl, nämlich sechzehn Ausgänge A1 bis A16. Diese Ausgänge sind in der Reihenfolge A1 bis A16 in der zugeordneten Schalteinheit G1, G 2 jeweils mit den Abgriffschaltern S1 bis S16 verbunden. Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende:In the case of the ring-shaped connection (FIG. 3), each part signal 1 to 8 is activated by two associated tap-off switches S1 to S16, the tap-off switch S9 the partial signal 8, the tap-off switch S10 the partial signal 7 and so on up to the tap-off switch S16 which in turn the sub-signal 1 actively switches. The associated activation circuit AK has twice the number, namely sixteen outputs A1 to A16. These outputs are connected in the order A1 to A16 in the associated switching unit G1, G 2 respectively to the tap-off switches S1 to S16. The operation of the circuit arrangement is the following:

Der Rastermaßstab R wird von den drei Sensoren E1, E 2, E 3 abgetastet, die infolge ihres gegenseitigen Versatzes über die Sensorsignalerzeugungsschaltungen SE 1, SE 2, SE 3 die absolute Position innerhalb einer Maßstabteilungsperiode abbilden. Um eine Information bezüglich der Bewegungsrichtung zu erhalten, werden mehrere Sensorsignale in zugeordneten Modulationszweigen verarbeitet.The grid scale R is sampled by the three sensors E1, E 2, E 3, which due to their mutual offset via the sensor signal generating circuits SE 1, SE 2, SE 3 map the absolute position within a graduation period. In order to obtain information regarding the direction of movement, a plurality of sensor signals are processed in associated modulation branches.

Jedem Modulationszweig wird eine Trägerschwingung zugeleitet, die alle gleiche Frequenz haben, aber zueinander phasenverschoben sind. Die Additionsschaltung ADD faßt die Ausgangssignale der Modulationszwoige zusammen und stellt an ihrem Ausgang ein quasi oberwellenfreies phnoei,moduliertes Positionsmeßsignal zur Verfügung. Die Sensorsignale jeder Sensorsignalerzeugungsschaltung SE 1, SE 2, SE 3 wei din in der zugehörigen Produktbildnerschaltung P1, P2, P3 zu Produktsignalen in folgender Weise verarbeitet:Each modulation branch is supplied with a carrier wave which has the same frequency but is out of phase with each other. The addition circuit ADD summarizes the output signals of the Modulationszwoige and provides at its output a quasi harmonic phnoei, modulated Positionsmeßsignal available. The sensor signals of each sensor signal generating circuit SE 1, SE 2, SE 3 are processed in the associated product-forming circuit P1, P2, P3 to produce product signals in the following manner:

Aus den Sensorsignalen werden von der Schaltung H direkte und inverse Signale gebildet, die von der Teilerschaltung TS, hier bestehend aus den acht Teilerwidersta.nden, abgegriffen wird.From the sensor signals of the circuit H direct and inverse signals are formed, which is tapped by the divider circuit TS, here consisting of the eight Teilerwidersta.nden.

Dazu werden die Abgriffschalter S vom Taktgenerator TG in Abhängigkeit vom Trägersignal aktiviert. Mit Bezug zum Trägersignal werden taktweise jeweils mehrere Abgriffschalter S zum Aktivschalten der Teilsignale 1 bis 8 angesteuert. Das quasi sinusförmige Produktsignal mit der Trägerfrequenz wird dadurch mittels einer treppenförmigen Kurve approximiert. Die an den Teilerwiderständen anliegenden Teilsignale 1 bis 8 werden stets von den Abgriffschaltern S in den zwei Schalteinrichtungen G1, G 2 angeschaltet, indem je ein Abgriffschalter Saus jeder der Schalteinrichtung G1, G 2 gleichzeitig geschlossen ist und damit über jede Schalteinrichtung G1, G 2 eines der Teilsignale 1 bis 8 auf den Summator SUM geschaltet ist. Dadurch werden hier stets zwei Teilsignale 1 bis 8 vom Summator SUM zum Produktsignal des Modulationszweiges summiert.For this purpose, the tap switches S are activated by the clock generator TG as a function of the carrier signal. With reference to the carrier signal, a plurality of tap-off switches S for activating the partial signals 1 to 8 are activated in cycles. The quasi-sinusoidal product signal with the carrier frequency is thereby approximated by means of a staircase-shaped curve. The voltage applied to the divider resistors sub-signals 1 to 8 are always connected by the Abgriffschaltern S in the two switching devices G1, G 2, each by a tap switch Saus each of the switching device G1, G 2 is closed simultaneously and thus each switching device G1, G 2 a the sub-signals 1 to 8 is switched to the summer SUM. As a result, two partial signals 1 to 8 are always summed here by the summer SUM to the product signal of the modulation branch.

Die Approximation gelingt um so besser, je mehr durch die Abgriffschalter S abzugreifende funktionsgerechte Teilsignale 1 bis 8 vorgesehen werden. Bei einer entsprechend hohen Approximationsschrittzahl entsteht bereits ein praktisch gut verwertbares Näherungssignal, ohne daß stark wirkende Filterschaltungen (Bandpässe, Tiefpässe, Integrierglieder) nachgeschaltet werden müssen.The approximation succeeds the better, the more functionally correct partial signals 1 to 8 to be picked up by the tap switch S are provided. With a correspondingly high approximation step number, a practically readily usable approximation signal is already generated without having to place downstream strong filter circuits (bandpass filters, lowpass filters, integrating elements).

Die hohe Approximationsschrittzahl wird allein aus den acht Teilsignalen 1 bis 8 unter Beibehaltung der Schaltfrequenz der Abgriffschalter dadurch erreicht, daß die aus zwei Teilsignalen 1 bis 8 gebildete Summenspannung mit jedem Takt verändert wird, indem jeweils nur eines der Teilsignale 1 bis 8, d. h. das Teilsignal einer Schalteinrichtung G1, G 2 durch Umschalten eines Abgriffschalters S in einer der beiden Schalteinrichtungen G1, G 2 geändert wird. Ausgehend von geschlossenen Abgriffschaltern S1 in den beiden Schal^einrichtungen G1, G 2 stehen die Teilsignale 1/1 am Summator SUM an. Der nächste Takt vom Taktgenerator TG setzt über den Taktverteiler TV die Aktivierungsschaltung AK1 vom Ausgang A1 auf den Ausgang A2, womit in der Schalteinrichtung G1 der Abgriffschalter S1 öffnet und der Abgriffschalter S 2 schließt. Es entsteht eine Summenspannung aus den Teilsignalen 2/1. Der folgende Takt setzt die Aktivierungsschaltung AK2 von A1 auf A2, womit in der Schalteinrichtung G 2 der Abgriffschalter S1 öffnet und der Abgriffscheiter S 2 schließt. Es entsteht die Summenspannung aus den Teilsignalen 2/2. Dies geschieht fortlaufend bis zu den Abgriffschaltern S8. In diesem Ausführungsbeispiel mit nur zwei Schalteinrichtungen G 1,62 von je acht Abgriffschaltern S1 bis S8 wird jeder Abgriffschalter S nur mit jedem 16. Takt einmal zu- und abgeschaltet.The high Approximationsschrittzahl is achieved solely from the eight sub-signals 1 to 8 while maintaining the switching frequency of the tap switch that the sum of two partial signals 1 to 8 sum voltage is changed with each clock by only one of the sub-signals 1 to 8, d. H. the partial signal of a switching device G1, G 2 is changed by switching over a tap switch S in one of the two switching devices G1, G 2. Starting from closed tap-off switches S1 in the two switching devices G1, G 2, the partial signals 1/1 are applied to the summer SUM. The next clock from the clock generator TG sets the activation circuit AK1 from the output A1 to the output A2 via the clock distributor TV, whereby the tap switch S1 opens in the switching device G1 and the tap switch S 2 closes. The result is a sum voltage from the sub-signals 2/1. The following cycle sets the activation circuit AK2 from A1 to A2, thus opening the tap switch S1 in the switching device G 2 and closing the tap S 2. The sum voltage arises from the partial signals 2/2. This is done continuously until the tap-off switches S8. In this embodiment, with only two switching devices G 1.62 of eight tap switches S1 to S8 each tap switch S only once every 16 clock and switched off.

Der Abgriff der von den Sensorsignalen gebildeten Tellslgnalo 1 bis 8 über die Toilerschaltung TS kann auf unterschiedliche Art erfolgen. Die halbringförmige Anschaltung der Abgriffschalter S1 bis S8 über die Anschaltbaugruppe AS1, AS2 an die Teilsignale 1 bis 8 (Fig. 2) ist dadurch gegeben, daß die Aktivierungsschaltung AK in der Reihenfolge ihrer Ausgänge A1 bis A8 die Teilsignale 1 bis 8 aktiv schaltet und dadurch die Sensorsignale vom positiven bis zum negativen Maximalspannungspeget in Vorwärtsreihenfolge abgreift und anschließend die Auogänge A1 bis A8 in rückwärtiger Reihenfolge (von A8 bis A1) aktiviert und damit die Teilsignale vom negativen Maxlmalspannungspegel der Sensorsignale beginnond in rückwärtiger Reihenfolge aktiv geschaltet werden. Dies geschieht in den beiden Schalteinrichtungen G1, G 2 von Abgriff schaltern S1 bis S 8 analog, wobei die Abgriffschalter S der beiden Schalteinrichtungen G1, G2 lediglich um einen Takt versetzt angesteuert werden. Die ringförmige Anschaltung (Fig.3) setzt in jeder Schalteinrichtung G1, G 2 für jedes Toilsignal 1 bis 8 zwei zugeordnete Abgriffschalter voraus, d.h., die Abgriffschalter S1 bis S16 werden von Ausgängen A1 bis A1 β der zugehörigen Aktivierungsschaltung AK angesteuert. Nach Erreichen des Abgriffschalters S8, wie bereits bei der halbringförmigen Anschaltung beschrieben, wird vom Abgriffschalter S9 das Teilsignal 8, davon vom Abgriffschalter S10 das Teilsignal 7 usw. aktiv geschaltet bis vom Abgriffschaltor S16 das Teilsignal 1 aktiv geschaltet wird.The tapping of the Tellslgnalo 1 to 8 formed by the sensor signals via the Toilerschaltung TS can be done in different ways. The semi-annular connection of the tap switches S1 to S8 via the startup module AS1, AS2 to the partial signals 1 to 8 (FIG. 2) is given by the fact that the activation circuit AK actively switches the partial signals 1 to 8 in the order of their outputs A1 to A8 and thereby picks up the sensor signals from the positive to the negative maximum voltage level in forward order and then activates the Auogänge A1 to A8 in reverse order (from A8 to A1) and thus the sub-signals of the negative Maxlmalspannungspegel the sensor signals beginond be switched in reverse order. This happens in the two switching devices G1, G 2 of tap switches S1 to S 8 analog, wherein the tap switch S of the two switching devices G1, G2 are driven only offset by one clock. The ring-shaped connection (FIG. 3) presupposes in each switching device G1, G 2 for each toil signal 1 to 8 two assigned tap-off switches, that is, the tap-off switches S1 to S16 are driven by outputs A1 to A1β of the associated activation circuit AK. After reaching the tap switch S8, as already described in the semi-annular connection, the sub-signal 8, thereof the tapping switch S10, the sub-signal 7, etc. actively switched until the Abgriffschaltor S16 the sub-signal 1 is activated.

Dadurch kann die Aktivierungsschaltung AK als zyklisch umlaufendes Schieberegister ausgebildet werden. Jeder Abgriffschalter S wird bei nur zwei Schalteinrichtungen G1, G 2 nur bei jedem 32. Takt einmal zu- und abgeschaltet. Außerdem wird in der ringförmigen Anschaltung ohne zusätzliche Schaltungsmaßnahmen die Teilerschaltung TS wechselweise aufsteigend und abfallend abgegriffen, so daß daraus folgend das so erzeugte Signal im Wechsel zwischen positivem zum negativen Maxlmalspannungspegel der Teilsignale approximiert wird.As a result, the activation circuit AK can be designed as a cyclically circulating shift register. Each tap switch S is switched on and off only at every 32nd clock with only two switching devices G1, G 2. In addition, the divider circuit TS is alternately tapped and declined in the ring-shaped interface circuit without additional circuit measures, so that, consequently, the signal thus generated is approximated in the alternation between positive and negative maximum voltage levels of the partial signals.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist eine verbesserte Approximation bei beliebig erhöhter Approximationsschrittzahl erreicht, ohne daß eine spezielle lur die Schrittzahl zugeschnittene Teilerschaltung, in der erforderlichen Präzisionsausführung, benötigt wird. Mit der vorliegenden einfachen Teilerschaltung kann unter Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jeder vorgegebene Anwendungsfall von der einfachen 4schrlttigen Approximation bis zu einer solchen mit einer hohen Approximationsschrittzahl realisiert werden und darüber hinaus die Filterschaltung auf ein Minimum reduziert werden.With the circuit arrangement according to the invention, an improved approximation with arbitrarily increased approximation step number is achieved without requiring a special dividing circuit tailored to the number of steps, in the required precision design. With the present simple divider circuit can be realized using the circuit arrangement according to the invention each predetermined application of the simple 4schrlttigen approximation to such with a high approximation step number and beyond the filter circuit can be reduced to a minimum.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist aber ebenso für die Approximation mit erhöhter Trägerfrequenz geeignet, ohne daß die Filtermaßnahmen verstärkt zu werden brauchen.However, the circuit according to the invention is also suitable for the approximation with increased carrier frequency without the filter measures needing to be strengthened.

Die Aufgabe der Erhöhung der Meßdynamik ohne Erhöhung der Grenzschaltfrequenz der Abgriffschalter ist damit gelöst, wobei in überraschender Weise keine Verkoppelung zu den die Meßgenauigkeit beeinflussenden Faktoren eintritt.The task of increasing the measurement dynamics without increasing the limit switching frequency of the tap switch is thus solved, wherein surprisingly no coupling occurs to the measuring accuracy influencing factors.

Claims

1. Circuit arrangement for reshaping sine-like sensor signals of a position measuring system of high resolution for high traversing speed, with offset scaling sampling, a plurality of sensor signals are removed and formed from their associated modulation branches with a divider discrete sub-signals which are switched in cycles depending on a carrier frequency of Abgriffschaltern active from a control unit can be activated and the sub-signals are added in a summation circuit to a stepped, approximating a sinusoidal product product signal with dependent on the sensor signal amplitude and the carrier signal dependent frequency, wherein the product signals formed in the modulation branches are combined to form a position signal whose phase angle related to the carrier signal, the position maps and with a clock generator, characterized in that in each modulation branch to the Teilerschaltun g (TS) a plurality of switching devices (G) with an equal number of Abgriffschaltern (S) are connected in parallel, so that each sub-signal (1 to 8) in each switching device (G) of at least one associated tap switch (S) is actively switched and the Control unit in each case one to the Abgriffschaltern (S) of each switching device (G) associated with activation circuit (AK) which are connected via a clock distributor circuit (TV) to the clock generator (TG), each activation circuit (AK) at an associated output of the clock distribution circuit ( TV) is connected and the outputs of the tap switch (S) of all switching devices (G) are connected to the summing circuit (SUM).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the clock distribution circuit (TV) is a feedback shift register.

3. A circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that as halbbringförmiq «connection of the sub-signals (1 to 8), the tap switch (S 1 to S8) within each switching device (G) of the associated activation circuit (AK) alternately in and backward sequence are connectable.

4. Circuit arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that as annular connection of the sub-signals (1 to 8) within each switching device (G) each sub-signal (1 to 8) of two Abgriffschaltern (S) is actively switchable and at each output ( A) the activation circuit (AK) only an associated tap switch (S) is connected, wherein the respective first the partial signals (1 to 8) associated tap switch (S 1 to S8) in ascending order and the respective second the sub-signals (1 to 8) associated Abgriffschalter (S9 to S16) in the descending order of the sub-signals (1 to 8) are turned on.