DE10118117A1

DE10118117A1 - Meßvorrichtung, Signalausgabeverfahren und Speichermedium

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Publication number: DE10118117A1
Application number: DE10118117A
Authority: DE
Inventors: Masashi Tsuboi
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: DE10118117B4; GB2366869A; JP2001306152A; JP3436515B2; US20010037188A1; US6529151B2; GB2366869B; GB0109543D0

Abstract

Es ist eine Meßvorrichtung vorgesehen, welche so konstruiert ist, daß ein analoges Signal, welches die Differenz zwischen einem Zielwert und einem gemessenen Wert, erhalten von einem Meßinstrument, anzeigt, an ein externes Gerät über eine einzelne Signalleitung ausgegeben wird, während eine erforderliche Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments sichergestellt wird. Ein Zähler als Meßvorrichtung speichert Zielwerte, die im voraus auf entsprechende unterschiedliche Werte gesetzt werden, die den gesamten Meßbereich des Meßinstruments abdecken, in einer Mehrzahl von Zielwert-Setzregistern, wählt ein Zielwert-Setzregister aus der genannten Mehrzahl von Zielwert-Setzregistern durch einen Selektor aus, berechnet die Differenz zwischen einem in dem gewählten Zielwert-Setzregister gespeicherten Zielwert und einem Zählwert, gemessen durch ein Impulssignal von dem Meßinstrument, durch eine Berechnungsschaltung und konvertiert die berechnete Differenz (digitale Ausgangsdaten) in ein analoges Spannungssignal durch einen D/A-Wandler in einer Datenausgangsschaltung, gefolgt von dem Ausgeben des analogen Spannungssignals. Das analoge Spannungssignal, welches von dem D/A-Wandler ausgegeben wird, wird an einen Sequenzer über die einzelne Signalleitung zugeführt.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung, welche ein Signal, welches einen Meßwert anzeigt, an ein externes Gerät über eine Signalleitung zuführt, ein Signalausgabeverfahren und ein Speichermedium, welches ein Programm zum Ausführen des Verfahrens speichert.

Stand der Technik

Ein Zähler ist bekannt mit einem damit verbundenen Meßinstrument zum Messen des Verschiebebetrags eines zu messenden Objekts, wobei der Zähler Impulse eines Impulssignals, die von dem Meßinstrument ausgegeben werden, zählt und dann den Zählwert an eine externe Vorrichtung mit hoher Geschwindigkeit durch parallele Übertragung über eine Mehrzahl von Signalleitungen zuführt.

Entsprechend dem Zähler werden beim parallelen Übertragen von 6-stelligen BCD (binär codierte dezimale) Daten, z. B. vier Signalleitungen pro Stelle verwendet, was bedeutet, daß die parallele Übertragung vierundzwanzig (= 6 (Stellen) × 4 (Leitungen)) Signalleitungen erfordert.

Wie aus dem obigen hervorgeht, erfordert der herkömmliche Zähler die Verwendung einer großen Anzahl an Signalleitungen für parallele Datenübertragung und wenn somit eine Mehrzahl von Zählern mit einem Sequenzer verbunden sind, wird die Handhabung der Signalleitungen kompliziert, was die Manipulierbarkeit der Zähler verschlechtert.

Zur Lösung dieses Problems wurde versucht, die Anzahl an Signalleitungen wesentlich zu reduzieren, indem digitale Daten durch einen in einem Zähler angeordneten D/A-Wandler in eine analoge Spannung konvertiert werden und ein analoges Spannungssignal von dem D/A-Wandler zu einem externen Gerät über eine einzelne Signalleitung zugeführt wird.

Dieses Verfahren zum Verbinden zwischen dem Zähler und dem externen Gerät durch die einzelne Signalleitung, um hierdurch das analoge Spannungssignal von dem ersteren zum letzteren zu senden, wurde für die Signalübertragung, welche eine hohe Genauigkeit erfordert, aufgrund folgender Nachteile nicht verwendet.

Im Vergleich zum dynamischen Bereich des Meßinstruments, welches den Verschiebebetrag eines zu messenden Objekts mit einer hohen Genauigkeit messen kann, ist der des D/A-Wandlers zum Konvertieren digitaler Daten in eine analoge Spannung geringer, so daß es bisher nicht möglich war, analoge Spannungen mit hoher Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments zu erhalten.

Angenommen z. B., daß das Meßinstrument eine Auflösung einer minimalen Fahrtstrecke von 0,1 µm und einen gesamten Meßbereich von 10 mm hat, beträgt der dynamische Bereich des Meßinstruments 10 mm/0,1 µm = 100000 (= 50 dB), wohingegen, wenn der D/A-Wandler eine minimale Schrittspannung von 10 mV hat und eine maximale Ausgangsspannung von 10 V, der dynamische Bereich des D/A-Wandlers 10 V/10 mV = 1000 (= 30 dB) beträgt, was 1/100 mal größer ist als der des Meßinstruments.

Fig. 1 zeigt das Verhältnis zwischen der Fahrtstrecke des Meßinstruments und der Ausgangsspannung des D/A-Wandlers gemäß dem Stand der Technik. Angenommen, daß ein Meßbereich, in welchem eine Zielspannung 1 erhalten wird, wenn die Fahrtstrecke gleich einem Zielwert von 1 ist, wie durch "a" in der Figur angedeutet, gesetzt ist, ist eine Änderung der Ausgangsspannung relativ zu einer Änderung der Fahrtstrecke groß, so lange die Fahrtstrecke in dem Meßbereich a liegt, wodurch die Verschiebung eines zu messenden Objekts mit hoher Auflösung gemessen werden kann, wohingegen, wenn die Fahrtstrecke des Meßinstruments einen Zielwert 2 erreicht, die Ausgangsspannung des D/A-Wandlers bereits gesättigt ist, so daß es nicht möglich ist, eine Ausgangsspannung entsprechend der Fahrtstrecke zu erhalten.

Wenn andererseits der Meßbereich breit gesetzt ist, wie durch "b" in der Figur angedeutet, ist es möglich, die Zielspannungen 1 und 2 entsprechend den entsprechenden Zielwerten 1 und 2 zu erhalten, eine Änderung der Ausgangsspannung relativ zu einer Änderung der Fahrtstrecke ist kleiner, wodurch Messung mit hoher Auflösung nicht möglich ist.

Wie oben beschrieben ist, ist beim Stand der Technik der dynamische Bereich des D/A- Wandlers kleiner als der des Meßinstruments. Wenn folglich der Verschiebebetrag (Fahrtstrecke), der von dem Meßinstrument gemessen wird, in eine Ausgangsspannung durch den D/A-Wandler konvertiert wird und dem externen Gerät über die einfache Signalleitung zugeführt wird, ist es nicht möglich, eine hohe Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments sicherzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Meßvorrichtung und ein Signalausgabeverfahren bereitzustellen, welche so konstruiert sind, daß ein analoges Signal, welches die Differenz zwischen einem Zielwert und einem von einem Meßinstrument erhaltenen Meßwert, an ein externes Gerät über eine einzelne Signalleitung ausgegeben wird, während eine erforderliche Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments sichergestellt ist, und ein Speichermedium, welches ein Programm zum Ausführen des Signalausgabeverfahrens speichert.

Um die obengenannte Aufgabe zu lösen wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Meßvorrichtung mit einer Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen, welche jeweils unterschiedliche Zielwerte speichern, einer Zielwert-Auswahleinrichtung zum Auswählen mindestens einer Zielwert-Setzeinrichtung aus der Mehrzahl von Zielwert- Setzeinrichtungen, einer Differenz-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Differenz zwischen einem Zielwert, welcher in der gewählten mindestens einen Zielwert- Setzeinrichtung gespeichert ist, und einem Meßwert eines zu messenden Objekts, einer analogen Signalkonvertiereinrichtung zum Konvertieren der berechneten Differenz in ein analoges Signal, und einer Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben des analogen Signals an eine externe Vorrichtung über eine reduzierte Anzahl von Signalleitungen vorgesehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine erforderliche Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments beim Ausgeben eines analogen Signals an die externe Vorrichtung über die einzelne Signalleitung zu sichern. Als Ergebnis kann die Anzahl an Signalleitungen reduziert werden, so daß, wenn eine Mehrzahl von Meßvorrichtungen mit einer externen Vorrichtung über Signalleitungen verbunden werden, die Handhabung der Signalleitungen erleichtert wird, was die Handhabbarkeit der Meßvorrichtungen steigert.

Vorzugsweise weist die Analog-Signal-Konvertiereinrichtung eine Digital-Analog- Konvertiereinrichtung auf zum Konvertieren von digitalen Daten, welche die berechnete Differenz anzeigen, in ein analoges Spannungssignal, und die Zielwert- Auswahleinrichtung wählt mindestens eine der Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen aus, welche einen solchen Zielwert speichert, daß das analoge Spannungssignal nicht gesättigt ist.

Vorzugsweise ist die Meßvorrichtung mit einem Meßinstrument verbunden, welches in Kontakt mit dem zu messenden Objekt angeordnet ist, um zusammen mit dem Objekt verschoben zu werden, um ein Impulssignal, welches einen Verschiebebetrag des Objekts anzeigt, auszugeben und die genannte Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen speichert eine Mehrzahl von entsprechenden unterschiedlichen Zielwerten, welche einen gesamten Meßbereich des Meßinstruments abdecken.

Vorzugsweise wählt die Zielwert-Auswahleinrichtung eine der Mehrzahl von Zielwert- Setzeinrichtungen, welche einem Wert eines Auswahlsignals von dem externen Gerät entspricht.

Alternativ dazu weist die Meßvorrichtung eine Auswahlsignal-Erzeugungseinrichtung auf, welche ein Signal erzeugt zum Auswählen einer der Mehrzahl von Zielwert- Setzeinrichtungen, und die Zielwert-Auswahleinrichtung wählt eine der Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen, die einem Wert des von der Auswahlsignal- Erzeugungseinrichtung erzeugten Signale entspricht.

Vorzugsweise gibt die Ausgabeeinrichtung das analoge Signal über eine einzelne Signalleitung aus.

Um die obengenannte Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Signal-Ausgabeverfahren vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Setzen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Zielwerten auf eine Mehrzahl von entsprechenden Zielwert-Setzeinrichtungen, Auswählen mindestens einer Zielwert- Setzeinrichtung aus der Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen, Berechnen einer Differenz zwischen einem Zielwert, welcher in der ausgewählten mindestens einen Zielwert-Setzeinrichtung gespeichert ist, und einem gemessenen Wert eines zu messenden Objekts, Konvertieren der berechneten Differenz in ein analoges Signal und Ausgeben des analogen Signals an ein externes Gerät über eine reduzierten Anzahl an Signalleitungen.

Um die obengenannte Aufgabe zu lösen ist gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, welches Instruktionen eines Programms speichert, um zu bewirken, daß ein Computer ein Signalausgabeverfahren ausführt, welches die folgenden Schritte aufweist: Setzen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Zielwerten auf eine Mehrzahl von entsprechenden Zielwert-Setzeinrichtungen, Auswählen mindestens einer Zielwert-Setzeinrichtung aus der Mehrzahl von Zielwert- Setzeinrichtungen, Berechnen einer Differenz zwischen einem in der ausgewählten mindestens einen Zielwert-Setzeinrichtung gespeicherten Zielwert und einem gemessenen Wert eines zu messenden Objekts, Konvertieren der berechneten Differenz in ein analoges Signal und Ausgeben des analogen Signals an ein externes Gerät über eine reduzierte Anzahl von Signalleitungen.

Die obengenannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen der Fahrtstrecke eines Meßinstruments und der Ausgangsspannung eines D/A-Wandlers gemäß dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches die elektrische Anordnung einer Meßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welche an ein Verschiebe-Meßsystem angelegt wird;

Fig. 3 ist ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen Zielwerten, welche in Zielwert- Setzregistern gespeichert sind, der Fahrtstrecke eines Meßinstruments und der Ausgangsspannung des D/A-Wandlers zeigt;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches die elektrische Anordnung einer Meßvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches ein Meßverfahren zeigt, welches von einem Meßverfahrenprogramm ausgeführt wird; und

Fig. 6 ist ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen der Fahrtstrecke und der Ausgangsspannung zeigt, welche sich ergibt, wenn die Zielwerte so gesetzt sind, daß die Meßbereiche einander überlappen.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail in bezug auf die Zeichnungen beschrieben, welche Ausführungsformen davon zeigen.

Zuerst wird eine Meßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 2 zeigt die elektrische Konfiguration der Meßvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, welche an ein Verschiebe-Meßsystem angelegt wird, welches den Verschiebebetrag eines Werkstücks mißt, welches durch einen Servomotor positioniert wird. Die Meßvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, die in diesem System enthalten ist, besteht aus einem Zähler mit einem damit verbundenen Meßinstrument.

Das Verschiebe-Meßsystem besteht aus einem Sequenzer 11, welcher als automatische Steuervorrichtung dient, einem Zähler 15, welcher ein Signal von dem Meßinstrument 13 empfängt, und ein Antriebssystem 24 zum Antreiben des Werkstücks 22. Das Antriebssystem 24 besteht aus einem Servo-Verstärker 26 und einem Motor 28. Der Servo-Verstärker 26 treibt den Motor 28 in Reaktion auf eine Befehlsspannung von dem Zähler 15 an, um das Werkstück 22 in die mit einem Doppelpfeil c in der Figur angedeuteten Richtungen zu bewegen, um dieses zu positionieren.

Bei dem Verschiebe-Meßsystem ist das Meßinstrument 13 in einer vorbestimmten Position zu Beginn der Messung der Verschiebung des Werkstücks 22 gestützt und wenn eine Spitze 13a des Meßinstruments 13 in Kontakt mit dem zu verschiebenden Werkstück 22 gebracht wird, liefert das Meßinstrument 13 ein Impulssignal, welches den Verschiebebetrag der Spitze 13a zu der Zählerverschiebung 15 anzeigt. Nach Erhalt des Impulssignals von dem Meßinstrument 13 liefert der Zähler 15 Meßdaten auf der Basis des Impulssignals und ein Toleranz-Feststell-Ausgangssignal an eine eigene Anzeige 32 und den Sequenzer 11 und gibt gleichzeitig eine Befehlsspannung an den Servo- Verstärker 26 aus.

Das Meßinstrument 13 ist dazu geeignet, Signalimpulse auszugeben, die in ihrer Zahl dem Verschiebebetrag der Spitze 13a entsprechen. Als Meßinstrument dieser Art kann eines verwendet werden, welches eine Auflösung von 1 µm hat und einen gesamten Meßbereich von 10 mm und z. B. zehn Impulse pro Mikrometer ausgeben kann. Das Meßinstrument ist nicht auf die Art beschränkt, welche Signalimpulse entsprechend eines Verschiebebetrags ausgibt, es ist jedoch möglich, ein Meßinstrument zu verwenden, welches ein Impulssignal ausgibt, welches eine Wiederholungsperiode entsprechend einem Verschiebebetrag hat oder alternativ eines, welches digitale Daten ausgibt, welche selbst einen Verschiebebetrag anzeigen.

Der Sequenzer 11 wird als automatische Steuerungsvorrichtung, wie oben beschrieben, verwendet und beinhaltet einen A/D-Wandler und eine RS232C-Schnittstelle, welche beide nicht gezeigt sind. Der Sequenzer 11 ist mit einer Datenausgangsschaltung 34 des Zählers 15 über eine einzige analoge Signalleitung 36 verbunden, konvertiert ein analoges Spannungssignal von dem Zähler 15 in digitale Daten durch den darin enthaltenen A/D-Wandler, und liefert gleichzeitig ein RS232C-Signal und ein externes Auswahlsignal an den Zähler 15. Ein Computer (PC) kann als automatische Steuerungsvorrichtung anstelle des Sequenzers verwendet werden.

Der Zähler 15 besteht aus einer Zählerschaltung 39, welche Impulse eines Signalimpulses zählt, welche von dem Meßinstrument 13 ausgegeben werden, um einen Ausgabezählwert auszugeben, einer Berechnungsschaltung 41, welche einen Differenzwert (digitale Ausgangsdaten) zwischen dem ausgegebenen Zählwert und einem Zielwert berechnet, um den berechneten Differenzwert als Ausgangswert auszugeben, einem Ausgangsselektor 43, welcher eine Zielschaltung auswählt, an welche der Zählwert und der Differenzwert zugeführt werden sollen, der Anzeige 32, die den Differenzwert anzeigt usw., der Datenausgangsschaltung 34, welche mit dem Sequenzer 11 über die Signalleitung 36 verbunden ist, einer Toleranzausgangsschaltung 45, welche Toleranzbestimmung ausführt und das Ergebnis der Feststellung als -NG (kleiner als eine untere Toleranzgrenze), OK (innerhalb der Toleranz) oder +NG (größer als eine obere Toleranzgrenze) ausgibt, einer Auflösungssetzschaltung 48, welche eine Auflösung so setzt, daß sie die Verstärkung der digitalen Ausgangsdaten, die von der Berechnungsschaltung 41 ausgegeben werden, ändert, einer D/A-Wandlerschaltung 49, welche die digitalen Ausgangsdaten an eine analoge Spannung (Befehlsspannung) konvertiert, einer Mehrzahl von Zielwert-Setzregistern 52 ₁ bis 52 _n, welche jeweils unterschiedliche Zielwerte speichern, welche den gesamten Meßbereich des Meßinstruments 13 abdecken, einem Selektor 55, welcher eines der Mehrzahl von Zielwert-Setzregistern 52 ₁ bis 52 _n auswählt, einer Setzwert-Eingabeschaltung 57 zum Eingeben der Zielwerte in die jeweiligen Zielwert-Setzregister 52 ₁ bis 52 _n, und einer Auswahl-Eingabeschaltung 58, welche selektiv Daten, die über eine Tastatur 61 eingegeben werden, das RS232C-Signal und das externe Auswahlsignal empfängt.

Die Datenausgangsschaltung 34 beinhaltet einen D/A-Wandler 34a, welcher die digitalen Ausgabedaten in eine analoge Ausgabespannung konvertiert und die analoge Ausgabespannung an den Sequenzer 11 über die Signalleitung 36 zuführt.

Bei der genannten Mehrzahl von Zielwert-Setzregistern 52 ₁ bis 52 _n wird, z. B. wenn n = 10 zutrifft, ein Zielwert für jede Einheit von 1 mm gesetzt, so daß Zielwerte für den gesamten Meßbereich 10 mm des Meßinstruments 13 gesetzt sind. Die Auswahleingabeschaltung 58 führt die eingegebenen Daten oder das eingegebene Signal der Setzwert-Eingabeschaltung 57, dem Selektor 55 und der Auflösungs-Setzschaltung 48 zu.

Die Anzeige 32 hat ein 6-stelliges 7-Segment LED und eine Toleranz-Feststellergebnis- Anzeige-LED. Der D/A-Wandler 49 hat eine Auflösung von 10 Bits und eine Minimum- Schrittspannung von 1 mV und kann eine maximale Ausgangsspannung von 10 V ausgeben. In ähnlicher Weise hat der in der Datenausgabeschaltung 34 angeordnete D/A-Wandler 34a eine Auflösung von 10 Bits und eine minimale Schrittspannung von 1 mV und kann eine maximale Ausgangsspannung von 10 V ausgeben.

Die einzelne Signalleitung 36 stellt zwischen dem Ausgangsanschluß des D/A-Wandlers 34a und dem Eingangsanschluß des A/D-Wandlers, welcher in dem Sequenzer 11 enthalten ist, die Verbindung her, und die analoge Spannung nach Konversion durch den D/A-Wandler 34a wird dem A/D-Wandler über die Signalleitung 36 zugeführt. Weiterhin ist eine einzelne analoge Signalleitung 47 zwischen dem D/A-Wandler 49 und dem Servo- Verstärker 26 angeordnet und die Befehlsspannung von dem D/A-Wandler 49 wird dem Servo-Verstärker 26 über die Signalleitung 47 zugeführt.

Das wie oben konfigurierte Verschiebe-Meßsystem erfordert Voreinstellung der Zielwerte, gemäß welchen das Arbeitsstück 22 angeordnet werden soll über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments 13 zu den Zielwert-Setzregistern 52 ₁ bis 52 _n, um sie dort zu speichern. Beim Setzen der Zielwerte auf die Zielwert-Setzregister 52 ₁ bis 52 _n gibt der Operator die Zielwerte über eine Bedienungsarmatur an den Sequenzer 11 ein. Der Sequenzer 11 führt das externe Auswahlsignal zum Auswählen eines der Zielwert- Setzregister 52 ₁ bis 52 _n an den Zähler 15 und gleichzeitig überträgt er das RS232C- Signal, welches einen Zielwert anzeigt, welcher auf das ausgewählte Register 52 gesetzt werden soll, zu dem letzteren.

In dem Zähler 15 wählt der Selektor 55 ein Zielwert-Setzregister 52 in Reaktion auf das externe Auswahlsignal, welches von der Auswahleingabeschaltung 58 empfangen wurde und die Setzwert-Eingabeschaltung 57 setzt den Zielwert auf das Zielwert-Setzregister 52, ausgewählt durch den Selektor 55 in Reaktion auf das RS232C-Signal. Dieser Setzvorgang wird wiederholt einige male ausgeführt entsprechend der Anzahl der Zielwert-Setzregister 52 ₁ bis 52 _n, wodurch unterschiedliche Zielwerte auf die entsprechenden Zielwert-Setzregister 52 ₁ bis 52 _n gesetzt werden.

Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen den gesetzten Zielwerten und in den entsprechenden Zielwert-Setzregistern 52 ₁ bis 52 _n gespeicherten Zielwerten, die Fahrtstrecke des Meßinstruments und die Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 34a oder 49. In der Figur zeigt die Abszisse die Fahrtstrecke des Meßinstruments an, welche dem Verschiebebetrag des zu messenden Werkstücks entspricht, wohingegen die Ordinate die Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 34a oder 49 zeigt. Wenn das Zielwert-Setzregister 52 ₁ durch den Selektor 55 ausgewählt ist, wird der Meßbereich des Meßinstruments 13 wie durch das Symbol a₁ in der Figur dargestellt, gesetzt. In ähnlicher Weise wird, wenn das Zielwert-Setzregister 52 ₂ durch den Selektor 55 ausgewählt wurde, der Meßbereich des Meßinstruments 13 so gesetzt, wie durch Symbol a₂ angedeutet ist. Wenn weiterhin das Zielwert-Setzregister 52 _n ausgewählt wird, wird der Meßbereich gesetzt, wie durch Symbol a_n angedeutet.

Zielspannungen entsprechend den jeweiligen Zielwerten 1 bis n werden auf denselben Wert gesetzt. Das heißt, je nachdem, welches Zielwert-Setzregister ausgewählt wird, wird derselbe Spannungswert als Zielwert verwendet. Andererseits werden die Meßbereiche a₁ bis a_n jeweils entsprechend auf eine Mehrzahl von geteilten Bereichen des gesamten Meßbereichs des Meßinstruments 13 gesetzt. Deshalb ist eine Änderung der Ausgangsspannung des D/A-Wandlers relativ zu einer Änderung der Fahrtstrecke des Meßinstruments 13 innerhalb jedes Meßbereichs groß, wodurch es möglich wird, eine Ausgangsspannung von einer hohen Auflösung zu erhalten.

Im folgenden wird der Meßvorgang des Verschiebebetrags beschrieben. Vor Beginn des Meßvorgangs gibt der Operator einen Zielwert an den Sequenzer 11. Der Sequenzer 11 führt das externe Auswahlsignal zum Auswählen des angeordneten Zielwerts an die Auswahleingabeschaltung 58 des Zählers 15. In Reaktion auf das externe Auswahlsignal, welches von der Auswahleingabeschaltung 58 gesendet wird, wählt der Selektor 55 ein Zielwert-Setzregister 52 entsprechend dem Zielwert aus. Es sollte beachtet werden, daß sofort, nachdem der Strom angeschalten wurde, oder wenn kein externes Auswahlsignal empfangen wurde, ein Zielwert-Setzregister entsprechend einem Standard oder ein Zielwert-Setzregister, gewählt in dem unmittelbar vorhergehenden Meßvorgang ausgewählt werden kann.

Wenn die Messung begonnen wird, zählt die Zählerschaltung 39 die Impulse des Impulssignals, welche den Verschiebebetrag des Werkstücks 22, übertragen von dem Meßinstrument 13 anzeigen. Die Berechnungsschaltung 41 berechnet die Differenz zwischen dem Zählwert und dem Zielwert, welcher in dem Zielwert-Setzregister 52 gesetzt ist, ausgewählt durch den Selektor 55 und liefert die berechnete Differenz als Ausgangswert (digitale Ausgangsdaten) an den Ausgangsselektor 43 und die Auflösungs- Setzschaltung 48.

Der Ausgangsselektor 43 wählt einen der Zählwerte von der Zählerschaltung 39 und den Ausgangswert von der Berechnungsschaltung 41 und führt den gewählten Wert an die Anzeige 32 oder die Datenausgangsschaltung 34. Diese Auswahl kann durch eine Anweisung des nicht gezeigten Operators oder eines Zeitgebers bewirkt werden. Die Anzeige 32 zeigt den Zählwert oder Ausgangswert der 6-stelligen 7-Segment-LED.

Die Datenausgangsschaltung 34 konvertiert den Ausgangswert (digitale Ausgangsdaten) in ein analoges Spannungssignal durch den darin enthaltenen D/A-Wandler 34a. Das analoge Spannungssignal wird dem A/D-Wandler des Sequenzers 11 über die Signalleitung 36 zugeführt, welche mit dem Ausgangsanschluß der Datenausgangsschaltung 34 verbunden ist. Somit wird eine höchst akkurate Ausgangsspannung entsprechend der Differenz zwischen dem Meßwert und dem Zielwert dem Sequenzer 11 über die analoge Signalleitung 36 zugeführt.

Die Toleranzausgangsschaltung 45 führt die Toleranzbestimmung aus durch Vergleichen des Ausgangswerts von der Berechnungsschaltung 41 mit zwei Referenzwerten und führt ein Ergebnis der Toleranzbestimmung, welche als +NG, OK oder -NG erhalten wird, dem Sequenzer 11 über die Signalleitung 66 zu.

Weiterhin wird der Ausgangswert (digitale Ausgangsdaten) von der Berechnungsschaltung 41 dem D/A-Wandler 49 über die Auflösungs-Setzschaltung 48 zugeführt. Der D/A-Wandler 49 konvertiert die digitalen Ausgangsdaten an ein analoges Spannungssignal und das analoge Spannungssignal wird als Befehlsspannung an den Servo-Verstärker 26 über die Signalleitung 47 zugeführt. Der Servo-Verstärker 26 treibt den Motor 28 entsprechend der Befehlsspannung an. Somit wird ein höchst akkurates analoges Spannungssignal (Befehlsspannung) entsprechend der Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Zielwert dem Servo-Verstärker 26 über die Signalleitung 47 zugeführt. Durch Ausführen einer solchen Servo-Steuerung wird das Werkstück 22 akkurat in einer Position entsprechend dem Zielwert angeordnet.

Der Operator kann den Zielwert zur Verwendung beim Anordnen des Werkstücks 22 einfach durch Bestimmen eines Zielwert-Setzregisters außer dem, welches den vorliegenden Zielwert speichert, ändern, wodurch es möglich wird, einen anderen Meßvorgang auf dieselbe Weise wie oben auszuführen.

Durch mehrmaliges Ausführen ähnlicher Meßvorgänge ist es möglich, eine erforderliche Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments 13 sicherzustellen. Deshalb sind bei der vorliegenden Ausführungsform nicht mehr als die zwei Signalleitungen 36, 47 erforderlich, um jeweils Ausgangsspannungen von dem Zähler 15 an den Sequenzer 11 und von dem Zähler 15 an den Servo-Verstärker 26 zuzuführen. Somit kann die Anzahl an Signalleitungen beträchtlich reduziert werden, im Vergleich zur Anzahl der Signalleitungen (z. B. 6 Stellen × 4 Bits = 24 Leitungen bei BCD-Ausgang), die bei dem Stand der Technik erforderlich sind, was Handhabung der Signalleitungen erleichtert, wodurch die Manipulierbarkeit der Meßvorrichtung verbessert wird.

Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, bei welcher der Zähler 15 aus Hardware-Komponenten besteht, dadurch, daß die Funktionen eines Zählers als Meßvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durch Softwaresteuerung ausgeführt werden.

Fig. 4 zeigt die elektrische Anordnung des Zählers als Meßvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Komponententeile und -elemente ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind durch identische Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Zähler 115 ist durch einen normalen PC gebildet und besteht aus einer CPU 121, einem ROM- Speicher 122, einem RAM-Speicher 123, einer Zählerschaltung 124, einem Zeitgeber 125, einem D/A-Wandler 127 und einer I/O-Schnittstelle 126, welche alle miteinander durch einen Bus 128 verbunden sind. Eine Anzeige 129 ist mit der I/O-Schnittstelle 126 verbunden. Der D/A-Wandler 127 hat dieselben Eigenschaften, die wie in der ersten Ausführungsform in bezug auf Fig. 3 beschrieben ist. Der D/A-Wandler 127 ist mit dem Sequenzer 11, welcher in der ersten Ausführungsform verwendet wird, über die einzelne analoge Signalleitung 36 und auch mit dem Servo-Verstärker 26 über die einzelne analoge Signalleitung 47 verbunden. Der ROM-Speicher 122 speichert Steuerungsprogramme zum Ausführen der Funktionen der Komponententeile der ersten Ausführungsform und ein Meßverfahrenprogramm, welches im folgenden detailliert beschrieben ist. Die CPU führt diese Programme aus, um hierdurch die Funktionen der Komponententeile des Zählers 115 durchzuführen.

Fig. 5 zeigt eine Routine, die entsprechend dem Meßverfahrenprogramm ausgeführt wird. Das Meßverfahrenprogramm, welches in dem ROM-Speicher 122 gespeichert ist, wie oben beschrieben, wird in Reaktion auf das RS232C-Signal von dem Sequenzer 11 gestartet und von der CPU 121 ausgeführt.

Vor Ausführung des Meßvorgangs liefert der Sequenzer 11, ähnlich zu der ersten Ausführungsform, das RS232C-Signal über die I/O-Schnittstelle 126, um Zielwerte, die auf entsprechende unterschiedliche Werte gesetzt sind, in einer Mehrzahl von Zielwert- Setzbereichen, die vorbestimmten Bereichen innerhalb des RAM-Speichers 123 zugeordnet sind, zu speichern.

Wenn der Meßvorgang gestartet wird, wird zuerst bei einem Schritt S1 festgestellt, ob das externe Auswahlsignal von dem Sequenzer 11 über die I/O-Schnittstelle 126 erhalten wurde oder nicht. Wenn das externe Auswahlsignal von dem Sequenzer 11 erhalten wurde, wird ein neuer Zielwert, der in dem Zielwert-Setzbereich gespeichert ist, entsprechend dem externen Auswahlsignal bei einem Schritt S2 gewählt. Wenn andererseits kein externes Auswahlsignal bei Schritt S1 erhalten wurde, wird ein Zielwert, welcher bei Ausführen der unmittelbar vorhergehenden Schleife des Meßverfahrenprogramms verwendet wird, ausgewählt, ohne einen neuen Zielwert zu wählen.

Nachdem der Zielwert ausgewählt wurde, werden Meß-, Berechnungs- und Ausgabevorgänge bei einem Schritt S3 ausgeführt, worauf das Programm beendet wird. Bei den Meß-, Berechnungs- und Ausgabevorgängen werden Impulse des Impulssignals, erhalten von dem Meßinstrument 13 über die I/O-Schnittstelle 126 von der Zählerschaltung 124 in Reaktion auf einen Befehl von der CPU 121 gezählt und dann berechnet die CPU 121 die Differenz zwischen dem Zählwert und dem Zielwert, welcher in dem Zielwert-Setzbereich entsprechend dem externen Auswahlsignal gespeichert wird, und führt die berechnete Differenz (digitale Ausgangsdaten) als Ausgangswert dem D/A- Wandler 127 zu. Der D/A-Wandler 127 konvertiert den Ausgangswert in eine analoge Ausgangsspannung und liefert die analoge Ausgangsspannung an den Sequenzer 11 über die analoge Signalleitung 36, welche mit dem Ausgangsanschluß des D/A-Wandlers 127 verbunden ist. Der Sequenzer 11 konvertiert die erhaltene analoge Ausgangsspannung in digitale Daten durch einen nicht gezeigten A/D-Wandler und führt verschiedene Verfahren auf der Basis der digitalen Daten aus.

Bei demselben Schritt S3 bewirkt die CPU 121, daß die Anzeige 129 die berechnete Differenz an einer 7-Segment-LED anzeigt. Weiterhin führt die CPU 121 eine Toleranzbestimmung aus durch Vergleichen des Ausgangswerts mit zwei Referenzwerten und führt dann das Ergebnis der Feststellung, welches als +NG, OK oder -NG erhalten wird, an den Sequenzer 11 über die I/O-Schnittstelle 126 und die Signalleitung 66.

Das analoge Spannungssignal (Befehlsspannung) nach Konversion durch den D/A- Wandler 127 wird ebenfalls dem Servo-Verstärker 26 über die einzelne Signalleitung 47 zugeführt. Der Servo-Verstärker 26 treibt den Motor 28 entsprechend der Befehlsspannung an, um ein Werkstück auf der Basis des Zielwerts zu positionieren.

Wie oben beschrieben ist, werden gemäß der zweiten Ausführungsform die Funktionen der Komponententeile des Zählers gemäß der ersten Ausführungsform durch Softwaresteuerung ausgeführt. Deshalb kann die zweite Ausführungsform nicht nur dieselben Effekte wie die erste Ausführungsform bereitstellen, sondern auch leicht verschiedenen Änderungen der Spezifikation angepaßt werden.

Obwohl bei den obengenannten Ausführungsformen der Operator Instruktionen zum Setzen, Auswählen eines Zielwerts an den Zähler 15 oder 115 usw. über den Sequenzer gibt, ist dies nicht einschränkend sondern ein Voreinstellgerät kann mit den Zähler 15 oder 115 verbunden werden, um solche Instruktionen direkt an diesen durch Eingabe von numerischen Werten zu geben.

Obwohl weiterhin bei den obengenannten Ausführungsformen der Operator einen Zielwert bestimmt zur Auswahl desselben, kann die Auswahl eines Zielwerts automatisch durch den Zähler ausgeführt werden. Wenn z. B. die Position eines von dem Meßinstrument gemessenen Werkstücks sequentiell geändert wird, kann ein Zielwert automatisch in Reaktion auf ein Schaltsignal gewählt werden, welches innerhalb des Zählers in einer Weise entsprechend jeder gemessenen Position erzeugt wird. Alternativ dazu kann jeder Zielwert automatisch in Reaktion auf ein Schaltsignal gewählt werden, welches jedesmal erzeugt wird, wenn der in dem Zähler enthaltene Taktgeber eine vorbestimmte Zeit mißt oder zählt.

Es ist auch möglich, einen Zielwert automatisch zu wählen, indem ein Schaltsignal innerhalb des Zählers jedesmal erzeugt wird, wenn die analoge Ausgangsspannung von dem D/A-Wandler einen Sättigungsbereich erreicht (siehe Fig. 3). In diesem Fall können alternativ zu dem Fall von Schaubild Fig. 3, bei welchem die Zielwerte so gesetzt werden, daß die Meßbereiche a₁ bis a_n einander nicht überlappen, die Zielwerte so gesetzt sein, daß die resultierenden Meßbereiche einander etwas überlappen. Fig. 6 zeigt das Verhältnis zwischen der Fahrtstrecke und der Ausgangsspannung in dem Fall, wenn die Zielwerte so gesetzt sind, daß die Meßbereiche einander überlappen. Durch Setzen der Zielwerte dergestalt, daß die Meßbereiche einander etwas überlappen, wie durch den schraffierten Bereich in der Figur angedeutet, ist es möglich, eine kontinuierliche Messung mit einer hohen Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments auszuführen.

Die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die Anordnungen gemäß den obigen Ausführungsbeispielen beschränkt, sondern kann an jeglicher Konfiguration angewandt werden, welche die in den beiliegenden Ansprüchen gezeigte Funktionen oder die Funktionen der Anordnung der obengenannten Ausführungsformen erreichen kann.

Obwohl z. B. bei den obengenannten Ausführungsformen der Servo-Verstärker den Motor in Reaktion auf die von dem Zähler zugeführte Befehlsspannung antreibt, ist dies nicht einschränkend, sondern der Motor kann stattdessen in Reaktion auf eine Befehlsspannung von dem Sequenzer angetrieben werden. In diesem Fall wird der Zähler ausschließlich für seine eigentliche Funktion des Messens des Verschiebebetrags verwendet.

Obwohl weiterhin bei den obengenannten Ausführungsformen die Meßvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei dem Verschiebemeßsystem angewandt wird, um den Verschiebebetrag eines Werkstücks mittels Meßinstrument zu messen, ist dies nicht einschränkend, sondern die vorliegende Erfindung kann an einem beliebigen Meßsystem verwendet werden, welches die Differenz zwischen einem Meßwert und einem Zielwert berechnet und digitale Daten, welche die Differenz anzeigen, in ein analoges Spannungssignal konvertiert. Deshalb kann die vorliegende Erfindung bei einem System zum Messen einer physikalischen Größe, wie Temperatur und Druck angewandt werden.

Obwohl darüberhinaus bei den obengenannten Ausführungsformen, digitale Daten in eine analoge Spannung durch Verwendung des D/A-Wandlers konvertiert werden, sofern ein Impulssignal gemessen wird, von welchem ein gemessener Wert in einer Wiederholungsperiode reflektiert wird, kann ein F/V-Wandler (Frequenz-Spannungs- Wandler) zur Konvertierung der digitalen Daten in eine analoge Spannung verwendet werden, wobei es möglich ist, eine Messung ähnlich zu einem Fall auszuführen, in welchem der D/A-Wandler verwendet wird.

Die Erfindung bietet eine Meßvorrichtung, welche so konstruiert ist, daß ein analoges Signal, welches die Differenz zwischen einem Zielwert und einem gemessenen Wert, erhalten von einem Meßinstrument, anzeigt, an ein externes Gerät über eine einzelne Signalleitung ausgegeben wird, während eine erforderliche Auflösung über den gesamten Meßbereich des Meßinstruments sichergestellt wird. Ein Zähler als Meßvorrichtung speichert Zielwerte, die im voraus auf entsprechende unterschiedliche Werte gesetzt werden, die den gesamten Meßbereich des Meßinstruments abdecken, in einer Mehrzahl von Zielwert-Setzregistern, wählt ein Zielwert-Setzregister aus der genannten Mehrzahl von Zielwert-Setzregistern durch einen Selektor aus, berechnet die Differenz zwischen einem in dem gewählten Zielwert-Setzregister gespeicherten Zielwert und einem Zählwert, gemessen durch ein Impulssignal von dem Meßinstrument, durch eine Berechnungsschaltung und konvertiert die berechnete Differenz (digitale Ausgangsdaten) in ein analoges Spannungssignal durch einen D/A-Wandler in einer Datenausgangsschaltung, gefolgt von dem Ausgeben des analogen Spannungssignals.

Das analoge Spannungssignal, welches von dem D/A-Wandler ausgegeben wird, wird an einen Sequenzer über die einzelne Signalleitung zugeführt.

Claims

1. Meßvorrichtung, die aufweist:
eine Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen, welche jeweils unterschiedliche Zielwerte speichern;
eine Zielwert-Auswahleinrichtung zum Auswählen mindestens einer Zielwert- Setzeinrichtung aus der genannten Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen;
eine Differenz-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Differenz zwischen einem in der gewählten mindestens einen Zielwert-Setzeinrichtung gespeicherten Zielwert und einem gemessenen Wert eines zu messenden Objekts;
eine Analog-Signal-Konvertiereinrichtung zum Konvertieren der berechneten Differenz in ein analoges Signal; und
eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben des analogen Signals an ein externes Gerät über eine reduzierte Anzahl an Signalleitungen.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Analog-Signal-Konvertiereinrichtung eine Digital-Analog-Konvertiereinrichtung aufweist zum Konvertieren von digitalen Daten, welche die berechnete Differenz anzeigen, in ein analoges Spannungssignal; und
wobei die Zielwert-Auswahleinrichtung mindestens eine der Mehrzahl von Zielwert- Setzeinrichtungen auswählt, die mindestens eine der Mehrzahl von Zielwert- Setzeinrichtungen, die einen solchen Zielwert speichert, daß das analoge Spannungssignal nicht gesättigt ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, welches mit einer Meßvorrichtung verbunden ist, welche in Kontakt mit dem zu messenden Objekt zur Verschiebung zusammen mit dem Objekt angeordnet ist, um ein Impulssignal, welches einen Verschiebebetrag des Objekts anzeigt, auszugeben; und
wobei die Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen eine Mehrzahl von entsprechenden unterschiedlichen Zielwerten speichern, welche einen gesamten Meßbereich dieses Meßinstruments abdecken.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zielwert-Auswahleinrichtung eine der Mehrzahl der Zielwert-Setzeinrichtungen auswählt, welche einem Wert eines Auswahlsignals von dem externen Gerät entspricht.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Auswahlsignal-Erzeugungseinrichtung, welche ein Signal zum Auswählen einer der Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen erzeugt; und
wobei die Zielwert-Auswahleinrichtung eine der Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen auswählt, welche einem Wert des Signals entspricht, welches durch die Auswahl-Signal- Erzeugungseinrichtung erzeugt wird.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgabeeinrichtung das analoge Signal über eine einzelne Signalleitung ausgibt.

7. Signal-Ausgabeverfahren mit den folgenden Schritten:
Setzen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Zielwerten auf eine Mehrzahl von entsprechenden Zielwert-Setzeinrichtungen;
Auswahl mindestens einer Zielwert-Setzeinrichtung aus der genannten Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen;
Berechnen einer Differenz zwischen einem Zielwert, welcher in der ausgewählten mindestens einen Zielwert-Setzeinrichtung gespeichert ist, und einem gemessenen Wert eines zu messenden Objekts,
Konvertieren der berechneten Differenz in ein analoges Signal; und
Ausgeben des analogen Signals an ein externes Gerät über eine reduzierte Anzahl an Signalleitungen.

8. Maschinenlesbares Speichermedium, welches Instruktionen eines Programms speichert, um zu bewirken, daß ein Computer ein Signalausgabeverfahren mit den folgenden Schritten ausführt:
Setzen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Zielwerten auf eine Mehrzahl von jeweiligen Zielwert-Setzeinrichtungen;
Auswahl mindestens einer Zielwert-Setzeinrichtung aus der genannten Mehrzahl von Zielwert-Setzeinrichtungen;
Berechnen einer Differenz zwischen einem Zielwert, gespeichert in der ausgewählten mindestens einen Zielwert-Setzeinrichtung, und einem gemessenen Wert eines zu messenden Objekts;
Konvertieren der berechneten Differenz in ein analoges Signal; und
Ausgeben des analogen Signals an ein externes Gerät über eine reduzierte Anzahl an Signalleitungen.