DE1191986B

DE1191986B - Process for the elimination of assembly and manufacturing-related measurement errors when scanning rotating graduated disks used for digital speed measurement

Info

Publication number: DE1191986B
Application number: DEL44306A
Authority: DE
Inventors: Dr Wilfried Fritzsche
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1963-03-08
Filing date: 1963-03-08
Publication date: 1965-04-29

Description

Verfahren zur Beseitigung von montage- und herstellungsbedingten Meßfehlern bei der Abtastung rotierender zur digitalen Drehzahlmessung dienender Strichscheiben Zur digitalen Drehzahlmessung wird auf die Welle, deren Drehzahl zu messen ist, eine Scheibe gesetzt, die auf einem konzentrischen Ring eine möglichst große Anzahl gleichmäßig verteilter Striche aufweist, die vorzugsweise in fotoelektrischer Weise abgetastet und ausgezählt werden. Es werden die innerhalb einer bestimmten Zeit (Meßperiode) an dem Abtaster vorbeilaufenden Striche von einem Zählglied gezählt. Das Zählergebnis ist dann ein Wert für die Drehzahl der rotierenden Welle. Da bei Regelungen mit Rücksicht auf die Stabilität der Regelanordnung die Meßperiode möglichst klein sein soll, ist die Genauigkeit um so größer, je größer die Strichzahl auf der Scheibe ist. Ungenaue Verteilungen der Striche untereinander können zu Meßfehlern führen. Die Gefahr solcher Meßfehler ist jedoch bei der Präzision, mit der solche Scheiben hergestellt werden können, sehr klein gegenüber solchen Meßfehlern, die die Folge einer mangelhaften Montage der Scheibe sind. Diese Montagefehler bestehen in erster Linie darin, daß es nicht gelingt, die Strichscheibe völlig konzentrisch auf die Welle aufzusetzen. Die dadurch bedingten Meßfehler sollen an Hand der Fig. 1 erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine Strichscheibe 5, von der zunächst nur der äußere Strichring 5 a betrachtet wird. 7 stellt die Abtastvorrichtung dar. 6 ist die Welle, auf die die Strichscheibe aufgezogen wird. Nimmt man an, daß bei der Montage eine Exzentrizität e entsteht, d. h. der Mittelpunkt der Welle im Punkt der Scheibe zu liegen kommt, dann ergeben sich bei der Abtastung folgende Verhältnisse: Es wird vorausgesetzt, daß die Meßperiodendauer gerade so groß ist wie die Zeit für eine halbe Umdrehung der Welle und daß die Meßperiode im Zeitpunkt t= O beginnt, in welchem die Scheibe die in der Fig. 1 dargestellte Lage hat. Innerhalb der gleichen Zeit läuft dann am Abtaster 7 einmal der zum Winkel a gehörende Umfang vorbei und einmal der zum Winkel ß gehörende Umfang. Da a kleiner als ß ist, ist die Zahl der in der ersten Meßperiode gezählten Impulse kleiner als die in der zweiten Meßperiode ermittelte Impulszahl. Auf diese Weise wird eine periodische Drehzahl schwankung vorgetäuscht, die in Wirklichkeit gar nicht vorhanden ist.Procedure for eliminating assembly and manufacturing-related measurement errors when scanning rotating reticle used for digital speed measurement For digital speed measurement, the shaft whose speed is to be measured is a disk set on a concentric ring as large as possible in number has evenly distributed lines, preferably in a photoelectric manner are scanned and counted. It will be within a certain time (Measuring period) on the scanner passing bars are counted by a counter. The result of the count is then a value for the speed of the rotating shaft. Included Regulations taking into account the stability of the control arrangement, the measuring period as possible should be small, the greater the number of lines, the greater the accuracy the disc is. Inaccurate distributions of the lines among each other can lead to measurement errors to lead. However, the risk of such measurement errors is in the precision with which such Discs can be made very small compared to such measurement errors that are the result of inadequate assembly of the pane. These assembly errors exist primarily in the fact that it does not succeed in making the reticle completely concentric to sit on the shaft. The measurement errors caused by this are shown in Fig. 1 will be explained. Fig. 1 shows a reticle 5, of which initially only the outer dash ring 5 a is considered. Fig. 7 illustrates the scanning device. Fig. 6 is the shaft on which the reticle is drawn. If one assumes that the Assembly creates an eccentricity e, d. H. the center of the wave at the point the disc comes to rest, then the following conditions arise when scanning: It is assumed that the measurement period is just as long as the time for half a revolution of the shaft and that the measuring period begins at time t = O, in which the disc has the position shown in FIG. Within the same Time then runs past the scanner 7 once the circumference belonging to the angle a and once the circumference belonging to the angle ß. Since a is less than ß, the number is the The pulses counted in the first measuring period are smaller than those in the second measuring period determined number of impulses. In this way, there will be a periodic speed fluctuation faked, which in reality doesn't even exist.

In der Hauptpatentanmeldung wird ein Verfahren angegeben, durch das der eben geschilderte Fehlereinfluß beseitigt wird. Hierzu ist auf der Scheibe ein weiterer Strichring vorgesehen, der zu dem Hauptstrichring 5 a konzentrisch liegt. Dieser Korrekturstrichring ist mit bedeutend weniger Strichen versehen. Diese Striche sind über den halben Umfang des Ringes sinusförmig verteilt angeordnet. Dieser Korrekturstrichring wird von vier gleichmäßig am Umfang verteilten Abtastern 1 bis 4 abgetastet. Die Winkellage der Abtaster in bezug auf die Exzentrizitäte ist beliebig. Fig. 1 zeigt insoweit einen einfach zu überblickenden Spezialfall. The main patent application specifies a method by which the error influence just described is eliminated. For this purpose, there is a further line ring provided, which is concentric to the main line ring 5 a. This correction line ring has significantly fewer lines. These strokes are about half the circumference of the ring arranged sinusoidally distributed. This correction line ring is scanned by four scanners 1 to 4 evenly distributed around the circumference. the The angular position of the scanner with respect to the eccentricities is arbitrary. Fig. 1 shows in this respect a special case that is easy to survey.

In der Hauptpatentanmeldung findet die Beseitigung des Fehlers durch eine analog arbeitende Auswertungseinrichtung der vier Impulsfolgen der Abtaster 1 bis 4 statt. Jede Impulsfolge wird auf einen Zähler gegeben, und die am Ende der Meßperiode aufgelaufenen Werte werden in Analogwerte umgesetzt. Die vier Analogwerte werden dann unter Berücksichtigung ihrer Vorzeichen zu dem sich aus der Zählung des Hauptstrichringes ergebenden Analogwert addiert oder von diesem subtrahiert. The error is eliminated in the main patent application an analog evaluation device of the four pulse trains of the scanner 1 to 4 instead. Each pulse train is given to a counter, and the one at the end of the Values accumulated during the measuring period are converted into analog values. The four analog values are then taking into account their sign to that resulting from the count the analog value resulting from the main line is added or subtracted from it.

Die Werte der Abtaster 1 und 3 werden addiert, die der Abtaster 2 und 4 subtrahiert. Da die Größe der Schwankungen des Hauptstrichringergebnisses von der Größe der Exzentrizität abhängt, die Zählergebnisse der Abtaster 1 bis 4 von der Exzentrizität praktisch jedoch unabhängig sind, können die ins Analoge umgeformten Zählergebnisse der Abtaster 1 bis 4 in ihrer Größe proportional verstellt werden.The values of samplers 1 and 3 are added, those of sampler 2 and 4 subtracted. As the size of the fluctuations in the main ring score The counting results of scanners 1 to 4 depend on the size of the eccentricity are practically independent of the eccentricity, they can be transformed into analog Counting results of the scanners 1 to 4 can be adjusted proportionally in size.

Es besteht häufig ein Bedürfnis, die eben beschriebene Korrektur unmittelbar digital durchzuführen. There is often a need for the correction just described to be carried out directly digitally.

Dies ist besonders dann der Fall, wenn auch der Differentialwert der Regelabweichung digital gebildet werden soll.This is especially the case when the differential value of the Control deviation is to be formed digitally.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung in der Weise abzuändern, daß die Hauptimpulsfolge bereits im digitalen Bereich korrigiert werden kann. The present invention is based on the object of the method to modify after the main patent application in such a way that the main pulse train already can be corrected in the digital domain.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Impulsfolgen der vier Abtaster in bei lichtelektrischen Drehzahlmessen an sich bekannter Weise auf einstellbare Untersetzer oder Frequenziiiultiplikatoren geschaltet sind und die Ausgangsimpulse dieser Untersetzer oder Frequenzmultiplikatoren entsprechend dem ihnen zugeordneten Vorzeichen aus der Hauptimpulsfolge Impulse ausblenden oder in die Hauptimpulsfolge Impulse einblenden. Um die Einblendung von Impulsen in einfacher Weise zu ermöglichen, wird ferner vorgeschlagen; zunächst durch steuerbare Tore aus der Hauptimpulsfolge eine feste Anzahl von Impulsen auszublenden. To solve this problem it is proposed according to the invention, that the pulse sequences of the four scanners in photoelectric speed measurement known way to adjustable coasters or frequency multipliers are switched and the output pulses of these coasters or frequency multipliers according to the sign assigned to them from the main pulse train impulses fade out or fade in impulses into the main pulse train. In order to display To enable pulses in a simple manner is also proposed; first A fixed number of pulses can be faded out from the main pulse train using controllable gates.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Aus der vom Abtaster 7 kommenden Hauptimpulsfoige IH werden durch die steuerbaren Tore 14 und 16 über die Steuerglieder 15 und 17 zunächst je eine feste Anzahl von Impulsen ausgeblendet. In dem Glied 15 wird eine bestimmte Zahl von Impulsen der Hauptimpulsfolge gezählt und im Anschluß daran das Tor 14 für die Dauer eines Impulses geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich laufend. In Fig. 3a ist die Hauptimpulsfolge 1H vor dem Tor 14 dargestellt und in F i g. 3b die Impulsfolge IH' hinter dem Tor 14. Eine weitere Ausblendung der gleichen Art wird durch das Tor 16 und die SteuereinrichtUng 17 vorgenommen. Fig. 2 shows an embodiment of the invention. From the scanner 7 coming Hauptimpulsfoige IH are through the controllable gates 14 and 16 over the control members 15 and 17 initially hide a fixed number of pulses. In the element 15, a certain number of pulses of the main pulse train is counted and then the gate 14 is closed for the duration of a pulse. This The process repeats itself continuously. In Fig. 3a, the main pulse train is 1H before Gate 14 shown and in F i g. 3b the pulse sequence IH 'behind the gate 14. One further masking of the same type is carried out by the gate 16 and the control device 17 made.

Die Steuereinrichtungen 15 und 17 werden außerdem von je zwei Impulsfolgen der Abtaster 1 bis 4 in folgender Weise gesteuert: Jeder Impuls der positiv zu berücksichtigenden Impulsfolge 11 bzw. Is, der an das Steuerglied 15 bzw. 17 gelangt, bewirkt, daß bei der oben beschriebenen Ausblendung aus der Hauptimpulsfolge dil: Ausblendung eines Impulses unterbleibt. Es wird also in die Impulsfolge nach F i g. 3b ein Impuls »eingeblendet«. Die negativ zu berücksichtigende Impulsfolge I2 12 bzw. 14 bewirkt, daß mit jedem Impuls, der auf das Steuerglied 15 bzw. 17 gelangt, zusätzlich ein Impuls afls der Hauptimpulsfolge ausgeblendet wird; Entsprechend wird das Steuerglied 17 von den Impulsfolgen I3 und 14 gesteuert. Die Untersetzer oder Frequenzmultiplikatoren 10 bis 13 sind erforderlich, um die Frequenz dtt Iffl'ulsotgen I1 bis I4 der Größe der Exzentrizität anzupassen. Die erforderliche Einstellung kann auf einfache Weise durch einen Auslaufversuch nach erfolgter Montage Stattfinden. Wenn die' Montage dir Strichscheiben völlig exzentrizitätsfrel ist, dann sind die Glieder 1(> bis 13 zuzusteuern (Untersetzung Null). In deiti Zähler 18 wiid die korrigierte Iliipulsfolge des Hauptstrichringes gezählt. The control devices 15 and 17 are also each of two pulse trains the scanner 1 to 4 controlled in the following way: Each pulse of the positive to be taken into account Pulse sequence 11 or Is, which reaches the control member 15 or 17, causes with the above-described masking from the main pulse train dil: masking an impulse is omitted. So it is in the pulse sequence according to F i g. 3b a pulse »Faded in«. The negative pulse sequence I2 12 or 14 has the effect of that with each pulse that reaches the control member 15 or 17, an additional Pulse afls of the main pulse train is masked; The control element becomes accordingly 17 controlled by the pulse trains I3 and 14. The coasters or frequency multipliers 10 to 13 are required to size the frequency dtt Iffl'ulsotgen I1 to I4 adapt to the eccentricity. The required setting can be made in a simple manner by attempting to leak after assembly. When the 'assembly the reticle is completely free of eccentricity, then the links are 1 (> to 13 to be controlled (reduction ratio zero). The corrected pulse train resides in the counter 18 of the main line ring counted.

Die bei der Montage auftretenden Exzentrizitäten sind dHe häufigsten und schwerwiegendsten Ursachen von Meßfehlern. Es sind diese Fehler erster Ordnung; das bedeutet, daß ilire Frequenz mit der Drehzahl frequenz übereinstimmt. Häfen die fehlerbedingten Schwankungen die n-fache Frequenz der Drehzahl, dann können diese ebenfalls beseitigt werden. Hierzu muß die Verteilung auf dem Korrekturring einschließlich der vier Abtaster auf den n--ten Teil des Umfanges zusammengedrängt werden F i g. 4 zeigt die Anordnung für den Fall n=2. Eine entsprechende Vervielfachung ist auch erforderlich bezüglich der Auswertungsschaltung nach Fig. 3. Außerdem ist die Anordnung der Striche n-mal am Umfang zu wiederholen. Statt einer n-fachen Wiederholung der Strichanordnung kann auch die Anordnung der Abtaster n-mal am Umfang wiederholt werden. In diesem Falle muß dann auch die Auswertungseinrichtung n-fach vorhanden sein. Der bei weitem bequemere Weg ist also der einer n-fachen Wiederholung der Anordnung der Striche. F i g. 4 zeigt diese Anordnung für den Fall n = 2. Die oben geschilderte Alternative besteht unabhängig davon, ob die Auswertung der Impulsfolgen digital oder analog erfolgt. The eccentricities that occur during assembly are the most common and most serious causes of measurement errors. It is these first-order errors; this means that the frequency corresponds to the speed frequency. Ports the error-related fluctuations n times the frequency of the speed, then can these will also be eliminated. To do this, the distribution on the correction ring including the four scanners compressed to the nth part of the circumference become F i g. 4 shows the arrangement for the case n = 2. A corresponding multiplication is also required regarding the Evaluation circuit according to FIG. 3. In addition, to repeat the arrangement of the lines n times on the circumference. Instead of an n-fold repetition the arrangement of the lines can also repeat the arrangement of the scanner n times on the circumference will. In this case, the evaluation device must then also be present n times be. By far the more convenient way is to repeat the n times Arrangement of the strokes. F i g. 4 shows this arrangement for the case n = 2. The above The alternative described exists regardless of whether the evaluation of the pulse trains digital or analog.

Claims

Claims: 1. Method for eliminating assembly and manufacturing-related Measurement errors when scanning rotating machines used for digital speed measurement Graduated discs according to patent application L 43077 IX b / 40 o (German Auslegeschrift 1 185 406), in which the reticle (5, Fig. 1) with a main reticle (5 a) and another concentric line ring (5b) is provided, the lines of which, the number of which is significantly smaller than that of the main line ring, on the half Circumference is crowded in a sinusoidal distribution and that of four evenly on the circumference distributed scanners (1 to 4) is scanned, d a d u r c h g e identifies; that the pulse sequences of the four scanners in photoelectric speed measurement As is known, on adjustable coasters or frequency multipliers (10 to 13, Fig. 2) are switched and the output pulses of these coasters or Frequency multipliers according to the sign assigned to them from the main pulse train (IH) fade out impulses or fade in impulses into the main impulse train; 2. Procedure according to claim 1, characterized in that independent of the main pulse sequence of the correction pulse trains (Ii to I4) through controllable gates (14, 16) a fixed one Number of pulses is faded out.

3. The method according to claims 1 and 2 for eliminating errors nth order, characterized in that the arrangement of the correction line ring and the four scanners of claim 1 compressed to the nth part of the circumference and either the line arrangement is repeated n times on the circumference or the arrangement of the scanner is repeated n times on the circumference, In the latter case, the evaluation device is also present n times (F i G. 4).

4. The method according to claim 3, characterized in that when used the analog evaluation device according to the main patent application either repeated the line arrangement in n-fold execution on the circumference or the Arrangement of the scanner is repeated n times, with the last If the evaluation facility is also available n times. Publications considered: British Patent No. 908 174.