DE1773559B2 - Anordnung zur erzeugung von impulsen, welche ein genaues mass fuer jede umdrehung eines rotierenden elementes sind - Google Patents

Description

Auflösung erzeugt. Ein derartiges Sinussignal wird typischerweise bei der Regelung einer Motordrehzahl auf einen konstanten Wert innerhalb enger Grenzen verwendet. Allerdings ist ein solches Siganl nicht geeignet, um eine Anzeige jeder Umdrehung des rotierenden Elementes zu erzeugen. Eine derartige Anzeige ist beispielsweise bei der Synchronisation der Rotation des Elementes auf einen äußeren Bezug mit relativ niedriger Frequenz von Wichtigkeit, in einem derartigen Fall werden mittels einer einzigen Markierung auf der Tachometerscheibe Impulse erzeugt, welche ein Maß für eine Umdrehung des Elementes sind. Bei bisher bekannten Anordnungen besitzt die sich ergebende, relativ niederfrequente Folge von Impulsen pro Umdrehung auch eine relativ geringe Auflösung mit einer Zeitungenauigkeit mit der Größenordnung von 5 Mikrosekunden für e^:ne Drehgeschwindigkeit von 60 Hertz. Derartige Anzeigeimpulse sind zwar für viele Anwendungszwecke ausreichend genau. In anderen Fällen sind jedoch Impulse mit wesentlich höherer Genauigkeit erfoidiilicn. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Rotation eines sich drehenden Elementes auf einen 60-Hertz-Zeitbezug mit einer Zeitgenauigkeit von weniger als 0,1 Mikiosekunden synchronisiert werden soll

Aus dei deutschen Auslegeschrift 1185 406 ist bereits ein Verfahren zur Beseitigung montage- und herstellungsbedingter Meßfehler bei der Abtastung rotierender, zur digitalen Drehzahlmessung dienender Strichscheiben bekanntgeworden. Zur Drehzahlmessung ist dabei auf der Strichscheibe ein konzentrischer Hauptring mit einer möglichst großen Anzahl gleichmäßig verteilter Striche vorgesehen die photoelektrisch abgetastet werden. Um dabei Fehler, welche sich aus einer herste'hmgsbedingten Ungenauigkeit der Verteilung eier Striche sowie einer ungenauen Montage der Scheibe ergeben, auszuschalten, ist auf der Scheibe ein weiterer zum Hauptring konzentrischer Strichring vorgesehen, dessen Strichzahl kleiner als die des Hauptrings ist. Diese Ringe werden digital abgetastet; die Abtastergebnisse werden in Analogwerte umgeformt, wobei der Meßfehler durch entsprechende Regelung beseitigt wird.

Bei einem weiteren aus der deutschen Auslegesehrift 1 191 986 bekannten Verfahren, das eine Weiterbildung des vorgenannten Verfahrens darstellt, ist vorgesehen, die vorstehend erläuterte Korrektur unmittelbar digital durchzuführen.

Es ist weiterhin aus der deutschen Auslegeschrifl 1214 892 eine Anordnung zur digitalen Messung einer technisch-physikalischen Größe bekannt, welche ebenfalls auf der Basis zweier Strichmarkierungen der vorerwähnten Art arbeitet. Dabei eriolgt ebenfalls durch die von gröberen Stnchmarkierungen erzeugten Signale eine Synchronisation der durch die feineren Strichmarkierungen gelieferten Signale zwecks Ausschaltung von mechanischen Fehlern auf digitaler Basis.

Es handelt sich dabei immer um die Synchronisation der Signale des Strichrings mit größerer Strichzahl durch die Signale vom Strichring mit kleinerer Strichzahl.

Der vorliegenden Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, mit der die Erzeugung von niederfrequenten Impulsen pro Umdrehung mit extrem hoher Auflösung möglich ist. Dabei soll es sich beispielsweise um 60-Hertz-Impulse mit einer Zeitgenauigkeit handeln, welche besser als 0,1 Mikrosekunden ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung der eingangs genannten Art durch folgende Merkmale gekennzeichnet: einen ersten, an die erste Abtasteinrichtung angekoppelten Impulsformer zur Umformung des kontinuierlich periodischen Signals in eine Folge von Impulsen hoher Auflösung, einen

ίο zweiten, an die zweite Abtasteinrichtung angekoppelten Impulsformer zur Umformung jedes Impulses pro Umdrehung in einen Triggerimpuls und durch einen Stell-Rückstell-Flip-Flop mit einem Stelleingacg, einem Rückstelleingang und einem Ausgang, wobei der erste Impulsformer an den Stelleingang und der zweite Impulsformer an den Rückstellei.igang angekoppelt ist, so daß am Ausgang des Fiip-FIops als Funktion der Triggerimpulse ein Ausgangsimrjuls pro Umdrehung erzeugt wird, der eine durch einen Impuls hoher Auflösung bestimmte zeitgenaue F'anke aufweist.

Die im vorstehenden definierte Anordnung gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß sie eine hochfrequente Impulsfolge hoher Auflösung mit einer niederfrequenten Folge von Impulsen pro Umdrehung ge linger Auflösung kombiniert, um die niederfrequente Folge von Impulsen pro Umdrehung mit hoher Auflösung zu erzeugen. Die Tachometerscheibe kann bo ausgebildet sein, daß die Markierungen Segmente aus magnetischem Material sind, wobei d'e Abtasteinrichtung ein Magnetkopf ist. Bevorzugt ist jedoch eine optische Tachometerscheibe, bei der die Markierungen durch eine Vielzahl von in Umfangsnchtung voneinander im Abstand befindhchen, abwechselnd durchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten gebildet werden. Eine Photozelle, welche das durch die durchlässigen Segmente gestrahlte Licht aufnimmt, dient als Abtasteinrichtung und erzeugt ein relativ hochfrequentes, kontinuierlich periodisches Signal bei Rotation der Scheibe. Zur Erzeugung der niederfrequenten Impulse pro Umdrehung geringer Auflösung ist auf der Scheibe eine einzige zusätzliche Markierung vorgesehen, welche gegenüber der Vielzahl von Markierungen einen anderen Radius besitzt. Ist bei eiaer optischen Tachcmeterscheibe die zusätzliche Markierung als einzelnes lichtdurchlässiges Segment ausgebildet, so nimmt eine zweite Photozelle einmal bei jeder Umdrehung der Scheibe das durch dieses Segment gestrahlte Liuit auf. Die zweite Photozelle erzeugt auf diese Art Impulse pro Umdrehung, welche relativ grob sind. Diese Impulse pro Umdrehung werden geformt, so daß sich eine Folge von niederfrequenten Triggerimpulsen relativ geringer Auflösung ergibt, während das Sinussignal ebenfalls in geeigneter Weise geformt wird, um eine Folge von hochfrequenten Triggerimpulsen mit kleiner Anstiegszeit und hoher Auflösung zu erzeugen. Diese be^;den Arten von Triggerimpulsen mil geringer und hoher Auflösung werden auf ein Paar von Eingängen des Stell-Rückstell-Flip-Flops gegeben. Jeder Triggerimpuls geringer Auflösung bewirkt beispielsweise eine Rückstellung des Flip-Flops, während der erste, auf der. Impuls geringer Auflösung folgende Impuls hoher Auflösung den

Flip-Flop stellt. Der Flip-Flop bleibt dann in seinem Stcllzustand, bis der nächste Impuls geringer Auflösung folgt, welcher ihn zurückstellt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops ist daher eine Folge von nieder-

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frequenten Impulsen pro Umdrehung, welche auf periodische Signal in ein rechteckförmiges Signal

Grund der sie festlegenden Impulsfolge hoher Auflö- überführt. Eine an den Ausgang der Rechteckfor-

sung eine Flanke — im vorliegenden Fall die Hinter- merstufe angekoppelte Impulsformerstufe 28 erzeugt

flanke — mit extrem hoher Zeitgenauigkeit besitzen. ihrerseits eine Folge von Impulsen mit sehr kleiner

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach- 5 Anstiegszeit und hoher Auflösung entsprechend den

folgend an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigt Flanken des rechteckförmigen Signals. Diese Impulse

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus- werden auf einen Eingang, beispielsweise den Stell-

führungsform der Erfindung und eingang, eines Stell-Rückstell-Flip-Flops 29 gegeben.

F i g. 2 ein Zeitdiagramm von Signalen an ver- Der Vorverstärker 26 koppelt den Ausgang der

schiedenen Punkten der Schaltung nach F i g. 1. io Photozelle 24 mit einer Impulsformerstufe 31,

F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung von weiche als Funktion jedes Impulses pro Umdrehung Impulsen, welche ein genaues Maß der Drehstellung einen Triggerimpuls erzeugt. Auf Grund der groben eines rotierenden Elementes, wie beispielsweise einer Auflösung der Impulse pro Umdrehung ist die Zeit-Welle 11, eines Elektromotors 12 oder eines durch genauigkeit der entsprechenden Triggerimpulse reladie Welle in Rotation versetzten Elementes, sind. Die 15 tiv klein. Die Triggerimpulse am Ausgang der Imdargestellte Anordnung eignet sich speziell zur Er- pulsformerstufe 31 werden, vorzugsweise über eine zeugung von relativ niederfrequenten Impulsen pro variable Zeitverzögerungsstufe 32, auf den anderen Umdrehung mit hoher Auflösung, welche ein Maß Eingang des Flip-Flops 29 — im vorliegenden Falle für jede Umdrehung der Welle sind und eine hohe der Rückstelleingang — gegeben. Die Zeitverzögc-Zeit- und Positionsgenauigkeit besitzen. Die Anord- 20 rungsstufe 32 dient zur Kompensation von Ungenung besitzt weiterhin eine optische Tachometer- nauigkeiten der Stellung des Schlitzes 22 und justiert scheibe 13, welche koaxial an der Welle 11 befestigt die Triggerimpulse in eine normale Stellung in der ist. Diese Tachometerscheibn ist mit einer Markie- Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ruiigsspur 14 versehen, wobei die Markierungen der hochfrequenten Impulsfolge mit hoher Auflösung durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung vonein- 25 vom Impulsformer 28. Jeder Triggerimpuls von der ander im Abstand befindlichen, abwechselnd durch- variablen Zeitverzögerungsstufe 32 bewirkt also eine lässigen und lichtundurchlässigen Elementen gebildet Rückstellung des Flip-Flops 29, wodurch das Potenwerden. Dabei handelt es sich um eine Vielzahl von tialniveau an einem Ausgang 33 dieses Flip-Flops in Umfangsrichtung voneinander im Abstand befind- verschoben wird. Der unmittelbar folgende Impuls liehen Lichtschlitzen 16 und den dazwischenliegen- 30 hoher Auflösung von der Impulsformerstufe 28 stellt den Scheibenbereichen. Auf einer Seite der Scheibe den Flip-Flop, so daß das Potential an seinem Ausist eine Lichtquelle 17 angeordnet, welche Licht auf gang auf den Ursprungswert zurückgebracht und dadie Spur 14 strahlt, während sich auf der anderen mit der Ausgangsimpuls beendet wird. Der Flip-Flop Seite der Scheibe eine Photozelle 18 oder ein äquiva- verharrt in seinem Stellzustand, bis der nächste lenter Lichtfühler befindet, welcher das durch die 35 Triggerimpuls von der Zeitverzögerungsstufe gelie-Schlitze übertragene Licä' empfängt. Die, Photozelle fert wird und den Flip-Flop zurückstellt. Das Auserzeugt daher ein relativ hochfrequentes kontinuier- gangssignal des Hip-Fiops ist daher eine riicde-ifrelich periodisches Signal, das in F i g. 1 am Ausgang quente Folge von Impulsen pro Umdrehung, deren eines Vorverstärkers 19 dargestellt ist, welcher an Hinterflanke auf Grund eines von der Formerstufe den Ausgang der Photozelle angeschlossen ist. Das 40 28 gelieferten und den Flip-Flop stellenden Impulses der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe entspre- hoher Auflösung eine hohe Zeitgenauigkeit besitzt,
chende, kontinuierlich periodische Signal wird typi- Die im vorstehenden beschriebene Wirkungsweise scherweise mit einem Bezugssignal verglichen, um der Anordnung gemäß der Erfindung sei an Hand ein Drehzahlfehlersiganl zu erzeugen. Dieses Fehler- des Diagramms nach F i g. 2 noch näher erläutert,
signal wird auf ein (nicht dargestelltes) Servosystem 45 Das Signal/! stellt einen Impuls pro Umdrehung gegeben, um die Drehzahl des Motors 12 zu .egeln. mit relativ grober Auflösung am Ausgang des Vor-

Die Scheibe 13 besitzt eine zweite Markierungs- Verstärkers 26 dar. Das Signal B ist der entspre-

spur 21, welche gegenüber der Spur 14 einen ande- chende Triggerimpuls, welcher am Ausgang der Im-

ren Radius besitzt. Die Spur 21 besitzt eine einzige pulsformerstufe 31 zu einem auf der Vorderflankc

Markierung, welche im vorliegenden Fall als Licht- 50 des Impulses pro Umdrehung A liegenden Zeitpunki

schlitz 22 ausgebildet ist. Eine Lichtquelle 23 strahlt erzeugt wird. In einer Signatfonn C ist ssjtiels eine-*

Licht auf die Spur 21> so daß pro Umdrehung der Pfeiles 34 die Justierbarkeit der Lage des Triggerim-

Scheibe einmal Licht durch den Schlitz 22 auf eine pulses durch die Zeitverzögerungsstufe 32 angege-

Photozelle 24 übertragen wird. Diese Photozelle er- ben. Die Triggerimpulsfolge C ist auf eine Position ir

zeugt eine niederfrequente Folge von Impulsen pro 55 der Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Im

Umdrehung, welche eine relativ grobe Auflösung be- pulsen ekes Signalzuges D eingestellt Bei dieser Si

sitzen. Einer dieser Impulse ist in F i g. 1 am Aus- gnalfolge D handelt es sich um die hochfrequent!

gang eines Vorverstärkers 26 dargestellt, welcher Folge von Impulsen hoher Auflösung, welche durd

>orzugsweise an die Photozelle 24 angekoppelt ist die Impulsformerstufe 28 als Funktion der Flankei

Um die Impulse pro Umdrenung mit geringer Auf- 60 des rechteckförmigen Ausgangssignals der Rechteck

lösung in Impulse mit hoher Auflösung und stark formerstufe 27 erzeugt werden. Das Signal C win

verbesserter Zeitgenauigke.it zu überführea, werden auf den Rückstelleingang des Flip-Flops 29 gegeben

sie mit hochfrequenten Impulsen hoher Auflösung während das Signal D auf den Stelleingang de

kombiniert, welche aus dein von der Photozeile 18 Flip-Flops gegeben wird. Auf Grund dieses Sachvei

erzeugten, kontinuierlich periodischen Signal abgelei- 65 hartes wird am Ausgang 33 des Flip-Flops ein Si

tet werden. Zu diesem Zweck koppelt der Vorver- gnal E erzeigt, dessen Vorderflanke durch das S:

stärker 19 den Ausgang der Photozelle 18 mit. einer gnal C und dessen genaue Hinterflanke durch de

Rechteckformerstufe 27, welche das kontümieriiea nächstfolgenden Impuls D bestimmt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 i> 2

Patentansprüche: tasteinrichtung (17, 18) eine auf einer Seite der 1. Anordnung zur Erzeugung von Impulsen, Tachometerscheibe angeordnete und Licht auf welche ein genaues Maß für jede Umdrehung die erste Markierungsspur (14) strahlende Lichteines rotierenden Elementes sind, mit einer an quelle (17) und eine auf der anderen Seite der das rotierende Element angekoppelten Impuls- 5 Tachometerscheibe angeordnete, durch die lichtgeber-Scheibe, welche eine erste Spur mit in Um- durchlässigen Segmente (16) der ersten Spur (14) fangrichtung voneinander im Abstand befindli- gestrahltes Licht empfangende Photozelle (18) chen Markierungen und eine zweite, im Vergleich aufweist und daß die zweite Abtasteinrichtung zur ersten einen anderen Radius besitzende Spur (23, 24) eine auf einer Seite der Tachometermit einer Markierung aufweist, mit einer ersten, io scheibe angeordnete und Licht auf die zweite zur ersten Spur benachbart angeordneten Abtast- Spur (21) strahlende Lichtquelle (17) und eine einrichtung zur Erzeugung eines kontinuierlich auf der anderen Seite der Tachometerscheibe anperiodischen Signals als Funktion der Rotation geordnete, durch den lichtdurchlässigen Schlitz der Markierungen der ersten Spur, mit einer (22) der zweiten Spur gestrahltes Licht empfanzweiten, zur zweiten Spur benachbart angeordne- 15 gende Photozelle (24) aufweist.

ten Abtasteinrichtung zur Erzeugung eines Im-

pulses pro Umdrehung als Funktion der Rotation

der Markierung der zweiten Spur und mit jeweils Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung

einem, auf einen gemeinsamen Ausgang arbeiten- zur Erzeugung von Impulsen, welche ein genaues

den Verarbeitungskanal für das periodische Si- 20 Maß für jede Umdrehung eines rotierenden Elemen-

gnal bzw. des einen Impulses pro Umdrehung, tes sind, mit eintr an das rotierende Element ance-

gekennzeichnet durch einen ersten, an koppelten Impulsgeber-Scheibe, welche eine erste

die erste Abtasteinrichtung (17, 18) angekoppel Spur mit in Umfangrichtung voneinander im Ab-

ten Impulsformer (27, 28) zur Umformung des stand befindlichen Markierungen und eine zweite, im

kontinuierlich periodischen Signals in eine Folge 25 Vergleich zur ersten einen anderen Radius besitzende

von Impulsen hoher Auflösung, einen zweiten, an Spur mit einer Markierung aufweist, mit einer ersten,

die zweite Abtasteinrichtung (23, 24) angekop- zur ersten Spur benachbart angeordnete Abtastein-

pelten Impulsformer (31, 32) zur Umformung je- richtung zur Erzeugung eines kontinuierlich periodi-

des Impulses pro Umdrehung in einen Triggerim- sehen Signals als Funktion der Rotation der Markie-

puls und durch einen Stell-Rückstell-Flip-FIop 30 rangen der ersten Spur, mit einer zweiten, zur zwei-

(29) mit einem Stelleingang, einem Rückstellein- ten Spur benachbart angeordneten Abtasteinrichtung

gang und einem Ausgang, wobei der erste Im- zur Erzeugung eines Impulses pro Umdrehung aN

pulsformer (27, 28) an den Stelleingang und der Funktion der Rotation der Markierung der zweiten

zweite Impulsformer (31, 32) an den Rückstell- Spur und mit jeweils einem, auf einen gemeinsamen

eingang angekoppelt ist, so daß am Ausgang 35 Ausgang arbeitenden Verarbeitungskanal für das pc-

(33) des Flip-Flops (29) als Funktion der riodische Signal bzw. des einen Impulses pro Umdre-

Triggerimpulse ein Ausgangsimpuls pro Umdre- hung.

hung erzeugt wird, der eine durch einen Impuls Es ist oft erforderlich, eine periodische Anzeige

hoher Auflösung bestimmte zeitgenaue Flanke der Position eines rotierenden Elementes vorzuneh-

aufweist. 40 men. So werden beispielsweise bei einer genauen

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Steuerung der Drehstellung eines durch einen elektrikcnnzeichnet, daß der erste Impulsformer (27, sehen Motor in Rotation versetzten Elementes An-28) eine Rechteck-Formerstufe (27) zur Überfüh- zeigeimpulse, welche ein Maß für die Position des rung des kontinuierlich periodischen Signals in Elementes sind, mit Bezugsimpulsen verglichen, um ein Rechteck-Signui und eine an die Recht- 45 ein den Zeitdifferenzen zwischen den Anzeigeimpuleck-Formerstufe angekoppelte Impulsformerstufe sen und den Bezugsimpulsen proportionales Fehler-(28) zur Erzeugung von Impulsen mit gerin- signal zu erzeugen. Das Fchlersignal wird dazu verger Anstiegszeit als Funktion der Flanken des wendet, um die Motordrehzahl in bezug auf die Zeit rechteckförmigen Signals aufweist. differenzen kompensierend zu regeln, wodurch die

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2. dadurch 50 Drehstellung des Elementes ebenfalls geregelt wird, gekennzeichnet, daß der zweite Impulsformer Zur Erzeugung der Positionsanzeigeimpulse wird ty-(31, 32) eine Impulsfornierstufe (31) zur Über- pischerweise ein Tachometersystem verwendet, das führung der Impulse pro Umdrehung in Trigger- eine mit dem Element rotierende Tachometerscheibe impulse und eine dieser Impulsformerstufe (31) aufweist. Diese Tachometerscheibe ist mit einer oder nachgeschaltete variable Zeitverzögerungsstufe 55 mit mehreren Markierungen versehen; sind mehrere (32) aufweist. Markierungen vorhanden, so sind diese auf der

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 Fläche der Scheibe in Umfangsrichtung im Abstand bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tacho- voneinander angeordnet. Eine zur Tachometermeterscheibe (28) eine optische Tachometer- scheibe benachbart angeordnete feste Markiescheibe ist, bei der eine Vielzahl von in Umfangs- 60 rungs-Abtasteinrichtung tastet jede an ihr vorbeilaurichtung voneinander in Abstand befindlichen, fende Markierung ab und erzeugt einen entsprechenabwechselnden durchlässigen und lichtundurch- den elektrischen Impuls. Ein derartiger Impuls ist ein lässigen Segmenten die erste Spur (14) von Mar- Maß für die Drehstellung des rotierenden Elementes, kierungen (16) und ein einziger transparenter In manchen Fällen ist eine Vielzahl von Markierun-Schlitz (22) die Markierung (21) der zweiten Spur 65 gen so im Abstand voneinander auf der Scheibe anbildet, geordnet, daß die Abtasteinrichtung ein auf die

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 Drehgeschwindigkeit des rotierenden Elementes bebis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ab- zogenes, kontinuierlich periodisches Signal hoher