DE1498137A1

DE1498137A1 - Verfahren und Anordnung zum Interpolieren

Info

Publication number: DE1498137A1
Application number: DE19651498137
Authority: DE
Inventors: Heinecke Dipl-Phys Klaus; Heitmann Dipl-Ing Knut; Eckart Schneider; Holle Dr Werner
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1965-04-13
Filing date: 1965-04-13
Publication date: 1969-03-27
Also published as: CH474049A; DE1548692A1; GB1118997A; US3521270A; DE1498137C3; DE1498137B2

Description

Verfahren und Anordnung zum Interpolieren Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und Anordnungen zum Interpolieren des Teilungsintervalles einer Teilung unter Verwendung eines aus der fotoelektrischen Abtastung dieser Teilung resultierenden, periodischen, quasi sinusförmigen, als elektrische Spannung vorliegenden Informationssignals mit der MUglichkeit einer digitalen Anzeige.
Aus der optischen Präzisions-Längen- oder -Winkelme#technik ist es bekannt, durch Gegeneinanderverschieben korrespondierender Elemente, z.B. zweier Gitter, in einer bestimmten Ebene periodische Helligkeitsechwankungen zu erzeugen, die visuell oder auf fotoelektrischem Wege beobachtet werden.
Die Anzahl der an einem Punkt der Ebene durchlaufenden Helligkeitsmaxima und -minima sind ein Maß für den Verschiebeweg der beiden korrespondierenden Elemente relativ zueinander. Will man neben der Grö#e des Verschiebeweges auch die Richtung der Verschiebung erfahren, so kann man zwei um 1/4 der Hell-Dunkol-Periode gegeneinander in Verschieberichtung versetzte fotoelektrisohe Empfänger anordnen, deren Ausgangs spannungen durch ihre gegenseitige Phasenlage die Veraohieberichtung anzeigen.
Das Auflösevermögen dieser bekannten Anordnungen ist durch die Gitter-Konstante der Maßstäbe begrenzt. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, beispielsweise durch geschickte optische Strahlführung und elektrische Maßnahmen die Signal- perioden pro Rasterperiode zu vervielfachen, doch ist hier lediglioh ein Gesamtmultiplikationsfaktor 8 erzielt worden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Anordnungen zu schaffen, die eine wesentlich höherzahige Interpolation zulassen. Um diese Aufgabe zu lösen, werden neue Verfahrenswege beschritten. Diese aber gestatten es, die Signalperiode auch nioht linear exakt zu interpolieren, ohne daß die Anzahl der Interpolationen innerhalb einer Signalperiode einer engen Begrenzung unterliegt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren und Anordnungen zum Interpolieren de@ Teilungsintervale@ einer Teilung unter Verwendung eines aus der fotoelektrischen Abtastung dieser Teilung resultierenden, periodischen, quasi sinusförmigen, als elektrische Spannung vorliegenden Informationssignals, bei dem erfindungsgemäß aus dem Informationssignal drei in der Periode gleiche und im Verhältnis ihrer Amplituden konstante Hilfssignale gewonnen werden, von denen das erste gegen das InformationsoignaL um einen Wert@n n, 1800 verschoben ist (wobei n eine ganze Zahl darstellt), von denen das zweite gegen das Informationssignal um 180° verschoben und von denen das dritte gegen das erste Hilfssignal um 1800 verschoben ist. Diese Signale werden einem aus ohmschen Widerständen aufgebauten Netzwerk zugeführt. Bei diesem Netzwerk werden Verbndungspunkte abgefragt und derjenige von ihnen gekennzeichnet, der gegen einen Massepunkt kein Spannungspotential besitzt. Der dieser Punktekombination entsprechende Periodenwert wird vorzugsweise digital angezeigt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Anzeige signal gleichzeitig zur Steuerung eines Zählers benutzt. Die Anordnung nur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß das Widerstandsnetzwerk aue Jeweils zwischen zwei der Signaleinspeisungspunkte liegenden Spannungsteilern besteht, deren Teilerpunkte abgefragt werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungs forn der Anordnung sind den bzufragenden Punkten Je eine Triggerstufe zugeordnet, und die Ausgänge dieser Triggerstufen sind über UND-Gatter miteinander derart verkoppelt, daß Jeweils nur ein Wert zur Anzeige gelangen kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Mittel vorhanden sein, die es erlauben, eine Nullstellung des dem Netzwerk nechgesohalteten Anzeigegerätes unabhängig vom Augenblickszustand des Informationssignals durchzuführen. Das oben angegebene Verfahren läßt sich auch zur Fraquenzvervielfachung verwenden wobei die Einfachheit der notwendigen Schaltmittel besonders erwähnenswert ist.
Die Erfhdung beruht auf folgendem Es sei zunächst angenommen, daß das Informationssignal sinusförmig ist und daß das beispielsweise um 900 gegen dieses verschobene erste Hilfssignal ebenfalls vorliegt. Für jeden Punkt innerhalb einer Periode ist ein bestimmtes Spannungsverhältnis gegeben, oder anders ausgedrückt, jeder Periodenpunkt ist durch einen bestimmten Quotienten der Momentanwert der beiden Spannungen bestimmt. Bekanntlich läßt sich nun de@ Absolutwert einer Spannung durch eine Widerstandsgrö#e darstellen. Schaltet man nun, wio in Fig.1 dargestellt, die Quellen der @@@ genannten Signale e1, 02 mit einem Spannungsteiler R1, R2 zu einer Brücke zusammen, so ergibt sich zwischen den Punkten P, pt dieter Zusammenschaltung eine Spannung U mit ebenfalls sinusförmigem Verlauf, wobei der Augenblickswert dieser Spannung vom Spannungsteilerverhältnie und vom Phasenwinkel der beiden eingespeisten Spannungen abhängig ist. Wählt man das Verhältnis der Widerstände gleich dem Verhältnis der Signalspannungen für einen bestimmten Phasenwinkel @@, so geht die Spannung U an der Stelle durch Null. D.h. dieser Phasauwinkel ist durch die Wahl des Widerstandsverhältnisses des Spannungsteilers bestimmbar.
Schaltet man zu dem genannten Spannungsteiler weitere Spannungsteiler R1, R2, R1,1, R2" usw. mit untereinander unteraohiedlichen Widerstandsverhältnissen parallel, so sind durch diese weitere Phasenwinkelwerte bestimmt.
Wie leicht einzusehen ist, ist durch ein bestimmtes Widerstandsverhältnis R1/R2 nicht nur ein Nulldurchgang der Spannung U für den Phasenwinkel@@. sondern auch ein solcher für den Phasenwinkel @@+#charakterisiert. Um diese Doppeldeutigkeit auszuschließen, ist es sinnvoll, als Interpolationsstellen solche Stellen zu definieren, an denen die Spannung U mit gleicher, z.B. negativer Steigungsrichtung durch Null geht. Dann aber liefern die beiden Spannungen e1, e2 nur in einem Quadranten Interpolationswerte. Um nun auch in den übrigen Quadranten Interpolationswerte zu erhalten, erzeugt man aus den beiden Spannungen e1, e2 zu dissen im Gegentakt laufende Spannungen -31, -e2 und verknüpft diese untereinander und nait der Signalspaunung soF der ersten Hilf@spanmung in der oben beschri@benen Weise.
Der besondere Vorteil dieses Verfahrons liegt darin, da die nu verarbeitenden Signale nicht @inusförmi@ ru nein brauchen. Sio müssen vielmehr lediglioh die folgenden, technisch leicht su realisieronden Bedingungen erfüllen: a) sie müssen gleiche Periodendauer aufweisen, b) das Ver hältnis ihrer Amplituden muß konstant sein und o) maß bei jeder Änderung der Information sich mindestens eine der Spannungen ändern. Bei Einhaltung dionor Bedingungen könn selbst noch Signale mit trapozförmigem Kurvenverlauf na@@ neuen verfahren interpoliert werden. Soweit die vorgenann Forderungen nicht verletzt werden, können sogan die Sign@ e1, e2 voneinander unrerschiedliche Kurvenformen aufwei@@ In Fig.2 ist als Beispiel eine Anordnung gezeigt, mit der oine Zehnerinterpolation gemäß dem oben beschriebenen Ver fahren durchgeführt werden kann. Da es lediglich auf das Widerstandsverhältnis zweier Widerstände ankommt, lassen aich hier auch mit grlißeren Toleranzen behaftote Potentio meter als Spannungsteiler verwenden. Das hat den Vorteil, daß die Lagen der Interpolationsstellen exakt eingestellt werden können, ohne daß dazu Präzisionsbauteile notwendig sind. Die Anzeige der Interpolationsstellen, d.h. der zug ordneten Phasenwinkel @ soll digital erfolgen. Um dies zu reichen, verwendet man mit Vorteil als Spannungsdiskrimin@ toren Triggerstufen (Fig.3). die ihrerseits Anzeigegeräte @teuern. Diese Trigger 30-39 werden an die lkSelektiouspunkte dec Widerstandsnetswerke@ 20 gelegt und so vorgespan@t, daß sie beim Nulldurchgang der Spannungen U ihre Schaltzustände ändern. Wie in Fig.4 gezeigt, ergeben sich längs einer Signalperiode in Abhänigkeit vom Phasenwinkel@ and den Triggerstufen sich überlappende Schaltzustände. Jeweils die Hälfte der vorhandenen Trigger führen gleichzeitig ein Ausgangasignal. Um zu einer eindeutigen Aussage zu gelangen, werden die Triggerausgänge mittels UND-Gattern 40-49 logisch verknüpft. Die dabei zugrunde gelsgte Verknüpfungsbedienung hei#dt: Die Ziffer n wird dann und nur dann angezeigt, wenn der Trigger Tn gekippt, d.h. leitfühig ist, der Trigger Tn+1 dagegen nicht gekippt tut und @perrt. Diese Bedingung tritt für jede anzuzeigende Ziffer innerhalb cher Signalperiode genau oinmal auf In Fig.3 ist das gezeigte Triggerfeld nach dieser Bedingung verknüpft. Die Ausgänge der UND-Gatter sind über Treiberstufen 50-59 mit zehn anzeigelampen 60-69 verbunden.
E@ esi um angenommen, da# der Trigger 35 gerade leitend geworden ist. Ebenfalls in leitendem Zustand sind die Trigger 30-34. Der Trigger 35 unterscheidet sich von diosen aber dadurch. daß sein Nachbar 36 nicht gekippt und daher nicht leitend ist. Es wird also gemä# der aufgezeigten B-dingung die Ziffer 5 angezeigt.
Mit dein Bezug@zeichen 23 ist ein Schalter bezeichnet, mit dem dio Triggereingänge gegenüber den Netzwerkausgängen yklisch vartauscht werden können. Dadurch ist es möglich, jede beliebige Stellejoin der Anzeige auf Null zu setzen.
Soll dio Grobzählung der Perioden sowohl vorwärts als auch rückwärts möglich sein (dies ist beispielsweise bei der Ablesung eines Ma#stabes uotwendig, d sich derselbe Ja im Hi@blick auf einen Resugspunkt in vom zueinander gegenläufige Me#richtungen bewegen kann), so gewinnt man das erste Milf@signal in gleicher Weise wie das Informationssignal, also beispielsweise durch fotoelektrische Abtastung eher um 1/4 Periode gegen die Abtaststelle fur da Informationssignal versetzten Stelle der Me#teilung.
Es ist vorteilhaft, di@ Syn@hronisation de@ in vollen Perioden registrierenden Zählers und des Interpolators dadurch zu gewährleisten, daß man den Zähler in Abhängigkeit von einem oder mehreren Zifferusprüngen (z.B. 0 nach 9 biw.
9 nach 0 bei Zehnerinterpolation oder 19 nach 16 bmw. 16 nach 13, 30 nach 31 bzw. 31 nach 30, 45 nach 46 bsw. 46 nach 43, 59 nach 0 bzw. 0 nach 39 bei einer speziellen Sechziger-Interpolation) der Interpolatoranzeige steuert.
Das beschriebene Verfahren, das eine Unterteilung der Signalperiode in eine gewünschte, auoh ungerade Anzahl von Interpolationspunkten möglich macht, läßt sich vorteilhafterweise auch zur Frequenzverviellfachung anwenden. Bei@pielsweiße kennen die Ausgangsspannungen der in Fig.3 gezeigten UND-Gatter nach Differentiation über bekannte Summierungs- Schaltungen auf eine einzige Signalleitung zusammengefa#t werden, die dann eine den Interpolationsschritten entsprechende Impulsfolge ftihrt. Hierbei kommt der Vorteil des Verfanrens, daß nämlich zu einer Durchführung relativ einfache Mittel benötigt werden, zum Tragen.
Bildet man die Widerstandsnetzwerke als Steckeinheiten aus, so erhält man ein vielseitiges, wenig aufwendiges Gerät, das absolut sicher arbeitet.

Claims

Ansprüo o h e 1. Verfahren und Anordnungen zum Interpolieren des Teilungsintervalles einer Teilung unter Verwendung eines aus der fotoclektrischen Abtastung dieser Toilung resultierenden, periodischen, quasi siuusfürmigen, als elektrische Spannung vorliegenden Informationssignals, dadurch gekennzeiohnet, daß aus dem Informationssignal drei in dr Periode unste einander gleiche und sm Verhältnis ihrer Amplituden konstante Hilfssignale gewonnen werden, von denen dz erste gegen das Informationssignal um einen Wert@@. 180° ver-Schober ist (wobei n eine ganze Zahl darstellt), von denen das zweite gegen das Informationssignal vom 1800 verschoben und von denen das dritte gegen das erste Hilf@@ignal um 1800 verschoben ist, da# diese Signale einem aus ohmschen Widerständen aufgebauten Netzwerk zugeführt werden, bei den Verbindungspunkte abgefragt werden, daß derjenige Verbindungspunkt diesem Netzwerkes gekennzeichnet wird, der gege@ einen Massepunkt kein Spannungspotential besitzt, und daß der dieser Punkte-Kombination entsprechende Periodenwert vorzugsweise digital zur Anzeige gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesignal gleichzeitig zur Steuerung eines Zählers benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Hilfssignals in gleicher Weise wie das Informationssignal ein zweites Informationssignal vorliegt, das zur Zählrichtungssteuerung verwendet wird.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahren@ nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk aus Jeweils zwischen zwei der Einspeisungspunkts für die genannten vier Signale liegenden Spannungen teilern besteht, deren Teilerpunkte abgefragt werden.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Signaloinspeisungspunkte abgefragt werden.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, da# jedem dor abzufragenden Punkte eine Triggerstufe zugeordnet ist und daß die Ausgänge dieser Triggerstufen über UND-Gatter miteinander so verkoppelt sind, daß jeweils nur ein Wert zur Anzeige gelangt.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrage mechanisch-elektrisch erfolgt.
8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel an sich bekannter Art vorhanden sind, die eine Nullstellung des dem Netzwerk nachgeschalteten Anzeigegerätes unabhängig vom Augenblickszustand des @ Informationssignals erlauben.