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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ablesen einer linearen Skala.
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Gegenwärtig sind
einige Maschinenwerkzeuge beispielsweise mit einer linearen Skala
auf Glas zum Ablesen der Position eines Werkstückes ausgerüstet. In der linearen Skala
wird ein Lichtstrahl auf die lineare Skala projiziert, und eine
relative Bewegungsdistanz eines Werkstückes kann unter Verwendung
des reflektierten Lichtes gemessen werden. In einigen bekannten
linearen Skalen werden magnetische Teilungsmarkierungen in einer
Metallskala eingebracht, und die Bewegung der Skala kann mit Hilfe
von Veränderungen
in dem Magnetfeld abgelesen werden. Solch eine lineare Skala ist
gewöhnlich
mit einer Funktionsschaltung verbunden, die Untermeßwerte berechnet,
die durch Unterteilung von einem Teilungsabstand der Skala erhalten
werden, um eine höhere
Genauigkeit als der Teilungsabstand zwischen den Teilungsmarkierungen
zu erhalten.
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4 zeigt
schematisch ein Verfahren zum Ablesen der oben erwähnten, linearen
Skala. Eine lineare Skala 10 aus Glas ist mit einer Hauptskala 10a und
einer Unterskala 10b versehen. Jede der Skalen 10a und 10b umfassen
ein Gitter, welches Teilungsmarkierungen an vorgegebenen Intervallen
aufweist. Eine Relativbewegung zwischen der Hauptskala 10a und
der Unterskala 10b wird durch die Moire-Ränder des
Lichtes detektiert, welches durch die Teilungsmarkierungen der zwei
Skalen hindurchtritt.
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Ein
optisches System 20 beleuchtet die lineare Skala 10.
Das optische System 20 umfaßt dazu im allgemeinen ein
Licht emittierendes Element 21 und Licht empfangende Elemente 22a und 22b.
Das Licht emittierende Element 21 wirft Licht auf die lineare
Skala 10. Jedes der zwei Licht empfangenden Elemente 22a und 22b detektiert
Moire-Ränder
auf der Basis von durchtretendem Licht oder reflektiertem Licht
und setzt das Licht in elektrische Signale 1a und 1b um.
Wenn die Skala sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt,
wird die Relativbewegung davon als sinuswellenförmige Lissajou-Figur ausgegeben.
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In
diesem Fall erzeugt das Licht empfangende Element 22a,
in dem die Position des empfangenden Lichtpunktes verschoben wird,
ein A-Phasensignal, während
das Licht empfangende Element 22b ein B-Phasensignal erzeugt,
wobei das A-Phasensignal und das B-Phasensignal um 90° gegeneinander verschoben
sind. Auf diese Weise kann die Bewegungsrichtung der Skala detektiert
werden.
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Das
A-Phasensignal wird an den Verstärker 23a geliefert,
und das B-Phasensignal an den Ver stärker 23b. Die Verstärker 23a, 23b sind
beispielsweise Differentialverstärker
mit hohem Verstärkungsgrad.
Der Verstärker 23a setzt
das A-Phasensignal in ein Spannungssignalniveau von etwa 2 Vp-p, und der Verstärker 23b setzt
das B-Phasensignal in ein Spannungssignalniveau von etwa 2 Vp-p
um. Der Verstärker 23a liefert
das umgesetzte Signal an einen Analog-Digital-Umsetzer 24a,
der das analoge Signal in ein digitales Signal umsetzt. Der Verstärker 23b liefert
das umgesetzte Signal an den Analog-Digital-Umsetzer 24b.
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Ein
Vergleichen 25 empfängt
die Ausgangssignale der Verstärker 23a und 23b und
setzt sie dann in Rechteckwellenformen um, die in Bezug auf das
Nullniveau invertiert sind. Beispielsweise empfängt ein Oberzähler 26 das
B-Phasensignal, dessen Phase um 90° verschoben ist, und er zählt dann
beispielsweise die ansteigenden Flanken der Rechteckwellen.
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Wenn
sich die Hauptskala 10a gegenüber der Unterskala 10b um
einen Teilungsabstand verschiebt, gibt der Oberzähler 26 die Daten
N der gemessenen Länge
der Hauptbits ab, wobei der Zählerstand
um 1 erhöht
wird. Die Analog-Digital-Umsetzer 24a, 24b tasten
die sinuswellenförmigen
Detektionssignale ab, die jeweils einen relativen Wert einer Eingangssinuswelle
der Skala darstellen, für
jedes vorgegebene Phasenintervall und gibt sie dann als digitale
Werfe aus.
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In
diesem Fall tastet der Analog-Digital-Umsetzer 24a ein
A-Phasendetektionssignal ab und gibt dann das abgetastete Signal
als digitales Signal aus. Der Analog-Digital-Umsetzer 24b tastet
ein B-Phasendetektionssignal
ab und gibt dann das gemessene Signal als digitales Signal ab. Wie
noch beschrieben wird, werden die Phasenteilungsdaten eines Sinuswellensignals
auf der Basis von beiden Meßwerten
berechnet. Die Phasenteilungsdaten, die durch eine weitere Unterteilung
der Hauptdaten erhalten werden, werden dann mit hoher Genauigkeit
ausgegeben. Dazu wird eine ROM-Tabelle 27, die vorher die
Nebendaten gespeichert hat, ausgelesen, wobei die Ausgänge der
Analog-Digital-Umsetzer 24a und 24b als Adreßsignale
dienen. Auf diese Weise werden die Nebendaten n, die durch Multiplizieren
von einem Skalenabstand der Skala durch eine Phasenteilungszahl
erhalten werden, ausgegeben.
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Ein
Addierer 28 addiert die gemessenen Längen-Unterdaten n, die von
der ROM-Tabelle ausgelesen wurden, und die Oberdaten N, bei denen eine
Teilungsabstandseinheit der Skala ein Längenmeßwert ist, und dann wird das
Ausgangssignal an eine Anzeigeeinrichtung für die gemessene Länge (nicht
gezeigt) gegeben. Die Anzeigeeinrichtung für die gemessene Länge speichert
und manifestiert den Wert eines Anfragesignals.
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5 zeigt
ein sinuswellenförmiges
A-Phasensignal ia und ein sinuswellenförmiges B-Phasensignal ib, die von den Moire-Rändern erzeugt
werden, wenn eine lineare Skala mit einer festen Geschwindigkeit
relativ zu einer anderen bewegt wird. Ad zeigt eine Haupt- oder
Obersignalwellenform, die von dem Vergleicher 25 ausgegeben
wird und die jeweils bei einem Nullniveau eines A-Phasensignals ia invertiert
wird. Bd zeigt eine Obersignalwellenform, die von dem Vergleicher 25 ausgegeben
wird und bei einem Nullniveau des B-Phasensignals ib invertiert wird.
In diesem Beispiel erzeugt, wenn die Skala sich in einer Richtung
bewegt, der Oberzähler 26 einen Additionsausgang
von Oberbits N zu dem Zeitpunkt, an dem das B-Phasensignal von dem
Vergleicher 25 ansteigt. Wenn die Skala sich in der entgegengesetzten
Richtung bewegt, wird ein Subtraktionsausgang von dem Oberzähler 26 zu
dem Zeitpunkt ausgegeben, wenn das B-Phasensignal abfällt.
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Sowohl
die sinuswellenförmige
Lissajou-Figur A, die von dem Analog-Digital-Umsetzer 23a geliefert
wird, als auch die sinuswellenförmige
Lissajou-Figur B, die von dem Analog-Digital-Umsetzer 23b geliefert
wird, werden bei vorgegebenen Phasenlagen abgetastet oder gemessen,
wie in 5 gezeigt ist. So können die Unterbitdaten (n)
von der ROM-Tabelle ausgelesen werden, wobei die Meßdaten als
Adreßsignale
dienen. Wie in 5 gezeigt ist, nehmen die Unterdaten
n Werte an, die sich stufenweise und linear für jeden Skalenabstand erhöhen. Durch
Addition der Oberdaten N wird die Auflösung der Skala in Bezug auf
eine relative Bewegungsdistanz verbessert.
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Bei
dem oben beschriebenen Verfahren zum Ablesen von einer Linearskala
kann, weil die Oberdaten N und die Unterdaten I nicht synchron ausgegeben
werden, ein Fehler in der Nachbarschaft der Stellen auftreten, an
denen die Oberdaten um einen Zähler
aufwärts
oder abwärts
verändert
werden. Dies wird anhand von 6 beschrieben.
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In 6 stellt
n die Unterpositionsdaten dar, die ausgegeben werden, wenn eine
lineare Skala sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt.
N stellt die Oberzählerdaten
dar. Die Anzeigeeinrichtung für
die gemessene Länge
zeigt einen Wert (N + n) an. Wenn die Unterdaten zu 99 gelangen,
was normalerweise bei der Abtastzeit Sy auftritt, wird Sx mit der
Zeitvorgabe ausgelesen, mit der die Oberdaten um ein Inkrement weitergeschaltet
werden.
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Der
Zeitpunkt, an dem die Oberdaten um einen Zähler nach oben gehen, entspricht
dem Zeitpunkt, an dem bei dem Nullniveau des B-Phasensignals die
Inversion auftritt. Der Punkt, an dem das A-Phasensignal oder das B-Phasensignal
und der Nullniveaudurchgang sich ändert, ändert sich jedoch beispielsweise
aufgrund von induzierten Rauschsignalen geringfügig. Des weiteren kann der
Kreu zungspunkt sich aufgrund von Staub ändern, der während der
Bewegung der Skala daran haftet. Eine Änderung in dem Nulldurchgangspunkt
macht jedoch das Timing unstabil, bei dem der Oberzählerwert
N erhöht wird,
wie in 6 gezeigt ist.
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Es
wird nun angenommen, daß die
gemessenen Unterlängendaten
gleich n sind, und daß die Auflösung 1/100
beträgt.
Im Falle von n = 100 wird ein Skalenabstand, beispielsweise 0,1
mm, erhalten. In diesem Fall ist zu dem Meßzeitpunkt S1, weil die Oberdaten
N = 0 und die Unterdaten n = 90μm
betragen, der relative Bewegungsabstand 90μm. Weil jedoch das Weiterschalten
der Oberdaten irrtümlicherweise
bei dem Meßzeitpunkt
S2 schneller wird, springt der Bewegungsabstand, der angezeigt werden
soll, auf 290 μm,
wenn die Unterdaten n = 90 sind. Da der Bewegungsabstand tatsächlich 190 μm beträgt, ist
der Fehler sehr groß.
Zu dem Meßzeitpunkt
S3 sind die Oberzählerdaten
N = 2 und die Unterdaten n = 10. Daher ist der relative Bewegungsabstand
der Skala gleich 210 μm.
Der genaue Längenmeßwert ist
jedoch 310 μm
an dem Meßzeitpunkt
S3.
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Die
herkömmliche
Einrichtung zum Ablesen einer linearen Skala hat folglich den oben
beschriebenen, erheblichen Nachteil. Weil unterschiedliche Schaltungen
die Unterdaten n und die Oberdaten N erzeugen, springen die Meßwerte um
+1 oder –1, wenn
Rauschsignale induziert werden, insbesondere in der Schaltung, die
die Oberdaten erzeugt. Wenn solch eine Einrichtung zum Ablesen einer
linearen Skala eine Rückkopplungsinformation
für ein
Maschinenwerkzeug liefert, kann das Maschinenwerkzeug nicht fehlerfrei
angetrieben werden.
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Die
JP 2000 161 992 A und
JP 2000 161 993 A zeigen
die automatische Erzeugung eines Ursprungssignals, das mit einem
A/B-Phasen-Pulssignal synchronisiert ist, worin digitalisierte A-
und B-Phasensignale über einen
digitalen Filter einer Einrichtung zur Berechnung der B/A-Verhältnisses
zugeführt
werden, um über
die berechneten Werte die binären
Ausgabewerte aus einer A/B-Phasentabelle auszulesen.
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Die
JP 2000 121 390 A zeigt
eine Vorrichtung, in der ein A- und ein B-Phasen-Pulssignal entsprechend
der Bewegungsrichtung einer Skala moduliert und als gemeinsames
A/B-Phasen-Pulssignal ausgegeben werden.
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Die
US 4 785 181 zeigt eine
Messvorrichtung mit erhöhter
Auflösung,
bei dem der von zwei Skalen erzeugte Moire-Rand durch zwei um 90° phasenverschobene
A- und B-Phasensignale detektiert wird und jedes der beiden Signale
in ein frequenzmoduliertes Signal umgewandelt wird, um digital die durch die
Bewegung zwischen den beiden Skalen verursachte Phasenverschiebung
auszulesen.
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Die
DE 196 05 472 A1 zeigt
eine Interpolationsschaltung für
eine Meßeinrichtung,
die in der Lage ist, die Auflösung
zu erhöhen
und ein zur Geschwindigkeit proportionales Ausgangssignal zu liefern.
Sowohl ein sin θ-Signal
als auch ein cos θ-Signal,
die beide von einem Sensor abgegeben werden, werden an eine Additionsschaltung
mit Gegentaktmodulation gegeben, so daß ein sin(ωt – θ)-Signal erzeugt wird, weiches
dann in einer Wellenformerschaltung in eine Pulsform gebracht wird.
Dann wird die höhere
harmonische Komponente von einem Bandpaßfilter abgeleitet und dann
mit cos nθ und
sin nθ-Signalen
in Mischstufen gemischt, so daß cos
nθ und
sin nθ-Signale
von Tiefpaßfiltern
abgegeben werden. Die Signale werden einer Interpolation in einer
Spannungsvergleicher-Interpolationsschaltung unterworfen, bei der
die Teilungszahl m ist. So wird eine Interpolationsschaltung geliefert,
in der die Gesamtzahl der Teilung m·n ist. Die interpolierten
Ausgangssignale der A-Phase und B-Phase sind jeweils Ausgangssignale,
die zur Geschwindigkeit proportional sind.
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Die
DE 197 12 622 A1 zeigt
eine Anordnung sowie ein Verfahren zur automatischen Korrektur felerbehafteter
Abtastsignale inkrementaler Positionsmeßeinrichtungen, die mit bestimmten
Abweichungen von der idealen Signalform behaftet sind, wobei von
einer nachgeordneten Auswerteeinheit eine ideale Signalform vorausgesetzt
wird. Hierbei werden einer Prozessoreinheit die Abtastsignale zugeführt und
mittels eines Korrekturalgorithmus Korrekturgrößen bestimmt, die wiederum
in entsprechende Stellsignale umgesetzt werden. Einer Korrektureinheit werden
die analogen Abtastsignale sowie die Stellsignale übergeben;
diese umfaßt
mehrere Abgleichmöglichkeiten,
um durch die Beaufschlagung mit den Stellsignalen die fehlerbehafteten
Abtastsignale zu korrigieren. Die Prozessoreinheit sowie die Korrektureinheit
sind so angeordnet, daß an
der Prozessoreinheit eingangsseitig Abtastsignale anliegen, welche
bereits die Korrektureinheit passiert haben.
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Die
DE 199 13 139 A1 zeigt
eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ursprungssignales einer optischen
Linearskala, mit einer Hauptskala mit einer ersten Gitterlinie,
die zumindest eine Ursprungsposition darstellt, und einer zweiten
Gitterlinie, die in Längsrichtung
bei gleichen Intervallen abgestuft sind, einer Indexskala mit einer
Gitterlinie quer zu der ersten und zweiten Gitterlinie, die bezüglich der
Hauptskala beweglich angeordnet ist, einem photoelektrischen Wandlerteil
zum Erfassen von Moire-Mustern, die
durch die Gitterlinien zwischen beiden Skalen erzeugt werden, und
zur Erzeugung eines Signales mit sinusartiger Wellenform, die sich
um eine Periode bei jeder Relativbewegung um eine Längeneinheit
verändern,
sowie eines Ursprungerfassungssignales, und mit einer Absolutinterpolationseinrichtung
zum Ausgeben von Interpolationsdaten entsprechend der vorgeschriebenen
Phasenab weichung von dem oben erwähnten Signal mit sinusartiger
Wellenform; wobei die Vorrichtung in solch einer Weise ausgebildet
ist, daß ein
Ursprungssignal mittels eines logischen Produktes aus einem interpolierten
Zählwert, der
eine spezifische Interpolationspositionsinformation anzeigt und
von der oben erwähnten
Absolutinterpolationseinrichtung ausgegeben wird, und dem Ursprungerfassungssignal,
welches die oben erwähnte Ursprungsposition
darstellt, erzeugt wird.
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Ablesen einer linearen
Skala bereitzustellen, bei der Fehler bei der Ablesung der Skala
vermieden werden. Insbesondere soll eine Einrichtung zum Ablesen
einer linearen Skala bereit gestellt werden, bei der die Intervalle zwischen
Teilungsmarkierungen auf der Basis von Oberdaten und Unterdaten
abgelesen werden, die durch eine weitere Unterteilung der Oberdaten
erhalten werden, um die Genauigkeit der Längenmessung mit Hilfe der Skala
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Einrichtung gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm, das den Aufbau einer Einrichtung zum Ablesen einer
linearen Skala nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 Wellenformendiagramme
des Zeitablaufs, in denen die Beziehungen zwischen einem Analog-Digital-Bereich,
der Unterdaten, einen Oberbereich, der Oberdaten bildet, und einem
Oberzählewert
gezeigt werden;
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3 ein Flußdiagramm, das die Kompensation
eines Oberzählerwertes
zeigt;
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4 ein
Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Längenmeßeinrichtung mit einer linearen Skala
zeigt;
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5 ein
Wellenformdiagramm, welches die Oberbitdaten und Unterbitdaten erläutert, die
durch eine lineare Skala erzeugt werden; und
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6 ein
Wellenformdiagramm, welches einen Längenmeßfehler in Kombination mit
Oberdaten und Unterdaten erläutert.
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Einrichtung zum Ablesen einer linearen
Skala zeigt. Jedes der Licht empfangenden Elemente 31a und 31b entspricht
dem Licht empfangenden Element, das ein Meßlängensignal empfängt und
in 4 gezeigt ist. Das Licht empfangende Element 31a erzeugt
ein A-Phasensignal aus den Moire-Rändern. Das Licht empfangende
Element 31b erzeugt ein B-Phasensignal von den Moire-Rändern. Verstärker 32a und 32b verstärken jeweils
das detektierte Meßlängensignal.
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Eine
Meßschaltung 33a nimmt
Meßwerte von
dem Niveau des A-Phasensignals, und eine Meßschaltung 33b nimmt
Meßwerte
von dem Niveau des B-Phasensignals. Wenn die Meßperiode fortschreitet, können Unterdaten,
die die Auflösung
eines Meßlängenspeichers
erhöhen,
erhalten werden.
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Ein
Vergleicher 34a gibt ein Rechteckwellensignal ab, welches
an dem Nullniveau des A-Phasensignals
invertiert wird. Ein Vergleich 34b gibt ein Rechteckwellensignal
ab, welches an dem Nullniveau des B-Phasensignals invertiert wird.
Eine Speicherschaltung 35 hält das A-Phasensignal (ein Rechteckwellensignal)
und das B-Phasensignal (ein Rechteckwellensignal), bis jeder der
Niveauwerte sich ändert.
Ein Zählerstandsdaten-Prozessor 41 empfängt einen
Ausgang, nämlich
das B-Phasensignal,
und erzeugt dann die Oberdaten N der Skala.
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Ein
Analog-Digital-Umsetzer 36 setzt die Daten, die von der
Meßschaltung 33a gemessen
wurden, und die Daten, die von der Meßschaltung 33b gemessen
wurden, in zweiwertige Signale um und liefert sie an eine Operationsschaltung 37,
die ein B/A-Verhältnis
berechnet. Die zweiwertigen Signale entsprechen dem Phasenmeßsignal
des A-Phasensignals und dem Phasenmeßsignal des B-Phasensignals respektive.
Die Operationsschaltung 37 setzt den relativen Bewegungsabstand
der Skala, der sich in einer Sinuswellenform ändert, in Niveausignale um,
die eine Phasendifferenz von 90° haben,
und sie berechnet das Verhältnis
der Niveaus der Niveausignale.
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Wenn
beispielsweise das Niveau des B-Phasensignals allmählich in
Form von sin θ ansteigt, ändert sich
das Niveau des A-Phasensignals dahin gehend, daß es wie sin (π/2) + θ abfällt. Auf
diese Weise wird das Niveaudifferenzverhältnis A/B berechnet. Die Niveauwerte
(relative Abstände)
werden an beliebigen Meßpunkten
berechnet, wenn eine Sinuswellenperiode ausgewertet wird.
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Ein
Quadrantenmeßkreis 38 in
einem Analog-Digital-Meßbereich
(im folgenden einfach als Analog-Digital-Bereich bezeichnet) liegt
zwischen der Operationsschaltung 37 und dem Vergleicher 39. Wie
in 3b gezeigt ist, stellt der Bereich
0 den Quadrantenbereich dar, wo das A-Phasensignal einen positiven
Wert und das B-Phasensignal einen positiven Wert hat. Der Bereich
1 stellt den Quadrantenbereich dar, wo das A-Phasensignal einen
negativen Wert und das B-Phasensignal einen positiven Wert hat.
Der Bereich 2 stellt den Quadrantenbereich dar, wo das A-Phasensignal
einen negativen Wert und das B-Phasensignal einen negativen Wert
hat. Der Bereich 3 stellt den Quadrantenbereich dar, wo das A-Phasensignal
einen positiven Wert und das B-Phasensignal einen negativen Wert
hat.
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Der
Vergleicher 39 entscheidet, ob der Ausgang der Quadrantenmeßschaltung 38,
der den Unterdatenquadranten bestimmt, zu dem Ausgang der Speicherschaltung 35 paßt oder
nicht. Daher wird ein Korrektur-(Kompensations-)Ausgang von dem
Vergleicher 39 erhalten, um die oben beschriebenen Probleme
zu beheben. Der Zählerstandsdaten-Prozessor 41 umfaßt einen
Zählerprozessor,
der die Oberdaten N zählt
und +1 oder –1
zu dem Zählerstandswert
mit Hilfe der Entscheidung des Ausgangs von dem Vergleicher hinzu
addiert. Eine ROM-Tabelle 42 liest unter Bitdaten, die
durch Unterteilung von einem Skalenabstand der Skala erhalten werden,
in dem der numerische Wert der Operationsschaltung für das B/A-Verhältnis als
ein Adreßsignal
dient. Der Vergleicher 43 addiert die Unterbitdaten n zu
den Oberbitdaten N, die durch den Zählerstandsdaten-Prozessor 41 korrigiert
wurden. Dadurch ermöglicht
die Addition der Unterdaten, daß ein
relativer Bewegungsabstand der linearen Skala mit hoher Auflösung ausgegeben
werden kann.
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2 ist
ein Wellenformdiagramm, um das Ableseverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erläutern.
Der Analog-Digital-Bereich enthält
numerische Daten, die den Quadranten des A-Phasensignals und den Quadranten des
B-Phasensignals darstellen, wie oben beschrieben wurde. Der Bereich A
stellt die Periode des Quadranten dar, wo das A-Phasensignal einen
positiven Wert und das B-Phasensignal einen negativen Wert hat.
Der Bereich 1 stellt den Bereich des Quadranten dar, wo
das A-Phasensignal einen negativen Wert und das B-Phasensignal einen
positiven Wert hat. Der Bereich 2 stellt die Periode des
Quadranten dar, wo das A-Phasensignal einen negativen Wert und das B-Phasensignal einen
negativen Wert hat. Der Bereich 3 stellt die Periode des
Quadranten dar, wo das A-Phasensignal
einen positiven Wert und das B-Phasensignal einen negativen Wert
hat.
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Wenn
die Skala mit einer nahezu konstanten Geschwindigkeit bewegt wird,
gibt die Quadrantenbestimmungsschaltung 38 als Analog-Digital-Bereichssignal
das A-Phasensignal und das B-Phasen signal ab, die, wie oben beschrieben
wurde, jeweils nahezu eine sinusförmige Wellenform haben ( 2).
Der Vergleicher 34a gibt ein Ausgangssignal Ad ab, und
der Vergleicher 34b gibt ein Ausgangssignal Bd ab. An dem
Anstiegspunkt des Ausgangssignals Bd wird der Oberzähler 41 um
ein Inkrement weitergeschaltet, so daß sich der Zählerstandswert
N des Oberbereichs ändert.
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Wenn
der Vergleicher 34 ein Übertragssignal (oder
ein Zählerweiterschaltsignal)erzeugt,
können Rauschsignale
oder -impulse nahe bei dem Nullniveau auftreten. In solch einem
Fall wird der Oberbereich (0, 1, 2, 3) mit einer Taktgabe (Timing)
erzeugt, die sich von der in dem Quadranten unterscheidet, der in
dem Analog-Digital-Bereich an dem Punkt Q1 oder Q2 invertiert wird.
Danach wird, wenn ein Anfragesignal von dem Zähler kommt, beispielsweise
an dem Punkt R1 der Quadrant des Analog-Digital-Bereichs irrtümlich als
3 identifiziert, während
der Quadrant des Hochbereichs tatsächlich 0 ist. Mit anderen Worten
wird zu dem Zeitpunkt unmittelbar bevor die Unterdaten einen Übertrag
erzeugen, der Oberzählerstandswert
N auf 1 gesetzt, obwohl er auf 0 gesetzt werden muß. Folglich
wird, wenn der in dem Analog-Digital-Bereich gemessene Wert 0,90
beträgt,
irrtümlicherweise
1,90 ausgegeben.
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Wenn
der Oberbereich nicht zu einem Quadranten in dem Analog-Digital-Bereich
paßt,
kompensiert demgegenüber
bei der Erfindung der Zählerstandsdaten-Prozessor 41 (1)
den Wert oder addiert –1
zu den Oberdaten. Bei einem Zählerabfragesignal
bei R2 passen der Oberbereich und der Analog-Digital-Bereich zueinander,
weil sie beide bei 0 sind. Die Meßlängendaten (M + n), die von
dem Addieren 43 (1) ausgegeben
werden, werden nicht normal ausgegeben.
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Zu
dem Zeitpunkt R4, an dem die Inversion des Bd-Signals verzögert ist
und der Ausgang der Oberdaten verzögert ist, wie an dem Punkt
Q2 in 2 dargestellt ist, ist jedoch, wenn ein Zähleranfragesignal
kommt, der Oberbereich gleich 3, während der Analog-Digital-Bereich
gleich 0 ist. Folglich wird der Oberzählerstandswert zu 2. Dies bedeutet, daß die Meßlängendaten
nicht zueinander passen. In solch einem Fall wird +1 zu dem Oberzählerstandswert
addiert, so daß die
Zählerstandsdaten
an einer Abfragezeit beispielsweise zu 3.10 korrigiert
werden. Da sowohl der Oberbereich als auch der Analog-Digital-Bereich
an dem Abfragezeitpunkt R3 gleich 3 sind, werden die Meßlängendaten
(N + n) von dem Addierer 43 (1) normal
ausgegeben.
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Der
Fall, bei dem die Oberdaten einen Übertrag erzeugen zum Zeitpunkt,
wenn das B-Phasensignal
ansteigt, wurde oben beschrieben. Wenn jedoch das A-Phasensignal
einen Übertrag
erzeugt, kann eine modifizierte Schaltung den Quadranten der Unterbitdaten
n mit dem Quadranten der Oberdaten abstimmen.
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Die 3a und 3(b) sind
Diagramme, um jeweils einen Korrekturablauf des Zählerprozessors
zu erläutern.
Die Dagramme zeigen, wie der Zählerprozessor
eine Korrektur bei einer Übereinstimmung
oder fehlender Übereinstimmung
eines Quadranten durchführt,
wenn der Analog-Digital-Bereich
und der Oberbereich bestimmt wird, wie in den 2 und 3(b) gezeigt ist, wobei das B-Phasensignal gegenüber dem A-Phasensignal um 90° verzögert ist.
Dieser Ablauf wirkt als Ablaufprogramm, wenn die Schaltung von 1 digital
unter Verwendung eines Mikroprozessors ausgeführt ist.
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In
dem Schritt S1 werden die Meßlängenwerte
der Skala in konstanten Zeitintervallen oder an Abfragezeitpunkten
gemessen. Wenn der Zähler
an den ansteigenden Flanken des B-Phasensignals nach oben oder nach
unten weiter geschaltet wird, können die
entsprechenden Quadranten eingestellt werden, wie es beispielsweise
in 3(b) gezeigt ist.
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In
dem Schritt S2 wird zunächst
der Oberquadrantenbereich festgestellt. Wenn der Oberquadrantenbereich
0 ist, werden die Unterbitdaten als nächstes in dem Schritt S3 festgestellt.
Wenn sowohl der Oberquadrantenbereich als auch der Unterquadrantenbereich
zueinander passen, gibt der Oberzähler einen Korrekturwert von
0 aus (R2 in 2).
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Wenn
der Oberquadrantenbereich in dem Schritt S1 nicht 0 ist, beispielsweise
3 ist, wird der untere Analog-Digital-Quadrantenbereich in dem Schritt S4
festgestellt. Wenn der Oberquadrantenbereich in dem Schritt S1 nicht
0 ist, wenn er beispielsweise 3 ist, gibt der Oberzähler einen
Korrekturwert von 0 ab (R3 in 2).
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Wenn
der Oberdatenquadrant und der Unterdatenquadrant zueinander passen,
wird der Ausgangskorrekturwert des Oberzählers gleich 0. Wenn jedoch
in den Schritten S3 und S4 der Quadrant für die Oberdaten nicht zu dem
Quadranten für
die Unterdaten paßt,
wird +1 oder –1
zu dem Ausgang des Oberzählers
hinzu addiert. Auf diese Weise wird der Skalenablesungsfehler eliminiert.
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Wenn
beispielsweise der Quadrantenbereich der Oberdaten in dem Schritt
S2 0 ist, und wenn der Quadrantenbereich der Unterdaten in dem Schritt S3
3 ist, wird ein genauer Kombinationswert erzeugt (R1 in 2),
in dem –1
zu dem Oberzähler
hinzu addiert wird. Wenn die Oberdaten in dem Schritt S2 gleich
3 sind, und wenn der Quadrant für
den Unterdatenbereich in dem Schritt S4 gleich 0 ist, wird +1 zu dem
Oberzähler
hinzu addiert (R4 in 2).
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wurde der Fall, bei dem der Zähler
an dem Punkt weiter hochgeschaltet wird, wenn das A-Phasensignal
ansteigt, oben bschrieben. Wenn der Zähler jedoch an dem Punkt, wenn
das A-Phasensignal ansteigt, nach oben geschaltet wird, wird der
Ausgang des Oberzählers
nahe bei den Quadrantensignalen 2 und 3 korrigiert, wie aus dem
Quadranten in 3(b) zu ersehen ist.
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Es
ist erwünscht,
daß der
Ausgang des Oberzählers
nahe bei dem Quadranten korrigiert wird, wo der Zählerwert
weiter geschaltet wird. Selbst wenn die Skala in umgekehrter Richtung
verfahren wird, wird der Ausgang des Oberzählers nahe bei dem Quadranten
korrigiert, wo ein Zähler
nach unten weiter geschaltet wird.
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Wie
oben beschrieben wurde, bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung,
die als Ablesewert für
eine Linearskala einen kombinierten Ausgang ausgibt, der aus einer
Addition von Oberdaten und Unterdaten zusammen gesetzt ist. Die
Einrichtung umfaßt
einen Speicher, um die Polaritäten
der Zweiphasensignale von der ersten Meßeinheit zu speichern oder
festzuhalten, eine Quadrantenbestimmungsschaltung, um den Unterdatenausgang
von der zweiten Längenmeßeinheit
zu identifizieren auf der Basis eines 90°-Phasenquadranten des Zweiphasensignals
und um die Unterdaten in vier Phasenbereiche auszugeben, und einen
Vergleicher, um einen Quadrantensignalausgang von der Speicherschaltung
mit einem Quadrantensignalausgang von der Quadrantenbestimmungsschaltung
zu vergleichen. Da der Zählerausgang
der Oberdaten in einem Bereich von +1 bis –1 korrigiert wird, kann die
Kontinuität
der Meßlängenwerte,
die von der linearen Skala abgelesen werden, beibehalten werden.
Dadurch ergibt sich ein erheblicher Vorteil, da bei dem Maschinenwerkzeug
eine genaue Rückkopplungssteuerung durchgeführt werden
kann.