DE1798246C3 - Digital-Pogltionsme Bvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Digital-Positionsmeßvorrichtung zum Messen der Verschiebung eines beweglichen Gliedes in bezug auf ein feststehendes Glied, die einen internen Zähler aufweist, dessen in Analogform umgewandelte digitale Inhalte fortwährend mit einer analogen Größe verglichen werden, welche die tafsächliche Stellung des beweglichen Gliedes wiedergibt, um ein Fehlersignal zu liefern, welches die Übertragung der Zählimpulse zu diesem Zähler steuert, wobei letzterer selektiv mit verschiedenen Zählgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des beweglichen Gliedes betrieben werden kann, nach Patent 98 173.

Die Erfindung bezieht sich damit insbesondere auf eine Digital-Positionsmeßvorrichtung zum Messen der Verschiebung eines in bezug auf ein festes Glied entlang einer Achse beweglichen Gliedes, weiche mit einer Reihe von Nullstellungen, die um eine konstante Strecke voneinander getrennt sind, versehen ist, mit einem ersten Zähler und Einrichtungen für die Umwandlung seiner digitalen Inhalte, die die relative Stellung des beweglichen Gliedes innerhalb jedes Schrittes darstellen, in ein analoges Signal, mit einem auf das analoge Signal und die tatsächliche Stellung des beweglichen Gliedes ansprechenden Stellungsdetektor zur Abgabe eines Fehlersignals, das die Übertragung von Zählimpulsen zum ersten Zähler und zu gleicher Zeit zum zweiten Zähler steuert, welcher gleichzeitig mit dem ersten Zähler zählen kann und an eine Einrichtung zur Darstellung seiner digitalen Inhalte angeschlossen ist.

Bei dem digitalen Stellungsmeßgerät gemäß dem Hauptpatent werden der analoge Vergleich und die Erzeugung des Fehlersignals durch einen zyklischen Stellungsdetektor (Stellungsmeßwandler) bewirkt und der innere Zähler kann eine digitale Anzeige der gegenwärtigen Stellung des beweglichen Gliedes innerhalb der Grenzen eines jeden Zyklus des Stellungsdetektors liefern. Das digitale Stellungsmeßgerät enthält darüber hinaus einen durch die gleichen Zählimpulse, die dem inneren Zähler zugeführt werden, gesteuerten äußeren Zähler, der von einer größeren Anzahl Stufen gebildet ist als der innere Zähler und deshalb auch als Zähler, der die Zählzyklen des inneren Zählers summiert, arbeiten kann.

Aufgrund des Aufbaues des Stellungsdetektors, der in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Nullsteilungen, die voneinander um einen gleichen Schritt oder eine gleiche Strecke entfernt sind, arbeitet, liefert deshalb der innere Zähler eine digitale Stellungsanzeige, die abhängig ist von einer der Nullstellen. Der äußere Zähler ist mit Einrichtungen zur Nullpunkteinstellung oder Veränderung seiner digitalen Inhalte unabhängig vom inneren Zähler versehen. Der äußere Zähler kann deshalb eine digitale Anzeige der Stellung mit Bezug auf die absolute Nullstellung der Maschine oder mit Bezug auf eine andere willkürlich gewählte Nullstellung der Maschine liefern.

Da es bei herkömmlichen Anwendungen, (beispielsweise Prüfen der Abmessungen eines Teiles bzw. Werkstückes oder Einstellen des beweglichen Gliedes einer Maschine in vorbestimmten Stellungen) im allgemeinen notwendig ist, die Koordinatenwerte längs mehr als einer Achse zu prüfen, um die Tafeln für das Lesen der digitalen Anzeigen nicht übermäßig zu komplizieren und um vor allem die Gesamtkosten des Gerätes nicht anwachsen zu lassen, werden digitale Stellungsmeßgeräte nach dem Hauptpatent verwendet (genau gesagt, eines für jede. Verschiebungsachse der Maschine), die mit einer einzigen Darstellungseinrichtung versehen sind, welche es ermöglicht, die Inhalte des äußeren Zählers zu lesen. Hierbei wird das bewegliche Glied, wenn es erwünscht ist die vom äußeren Zähler (und damit von der Darstellungseinrichtung) gegebenen Ablesungen zur absoluten Nullstellung der Maschine in Beziehung zu bringen, anfangs zu derjenigen Stellung gebracht die dadurch zu erkennen ist, daß das digitale Stellungsmeßgerät mit Einrichtungen versehen ist, die die Übereinstimmung des beweglichen Gliedes mit dem absoluten Bezugspunkt festzustellen erlauben. Unter diesen Bedingungen wird der äußere Zähler auf den Nullpunkt eingestellt. Wenn danach die Bewegung des beweglichen Gliedes eingeleitet wird, legen die durch die Darstellungseinrichtung zugeführten digitalen Angaben die absoluten Koordinaten jeder von dem beweglichen Glied erreichten Stellungen fest.

Durch einen gleichartigen Vorgang ist es möglich, irgendeine andere Nullstellung der Maschine, von welcher die Koordinaten der jeweiligen von dem be-

weclichen Glied ei reichten Stellungen nemessc·" λ erden, zu wählen.

In einigen F'."en ist es jedoch auch vorteilhaft, die relative Stellung des beweglichen Gliedes innerhalb der Grenzen einer Strecke des Stellungsde'eLior?. b d.h. die Inhalte des inneren Zahlers, zu keinen. Bei dem digitalen Steliungsmcßgerat nach dem Hauptpatsnt ist dieser Wert nur mittels eine.·, vom Bedienenden durchzuführenden Subtraktion*', organges zu erhalten.

Ar. Hand der F'ig. 1 sei dieser \ urgang erläutert.

In der Fig. 1 bedeutet ZA die absolute Nullstellung für die Bewegungen des beweglichen Gliedes entlang der X -Achse und R 0, Ri, R2...RT ... bedeuten die Nullstellungen, die den Beginn der aufeinanderfolgenden Strecken oder Schritte ρ 1, ρ 2 ... ρ 7 ... des Stellungsdetektors angeben. Es sei angenommen, daß die Strecken alle gleich und von bestimmter Lauge ρ sind. Λ soll nun der Abstand der ao absoluten Nullstellung ZA \om Beginn R 0 der nächstfolgenden Strecke sein (der Abstand ist eine konstruktiv gegebene Größe der Maschine und ist insofern bekannt) Schließlich soll P die gegenwärtige Stellung des beweg:.chen Gliedes und XP bzw. χP die absolute bzw. relative Koordinate der Stellung P sein. d. h. die mit Bezug auf die Ausgänge ZA bzw R.6 gemessenen Koordinaten (R 6 ist der Beginn der Strecke ρ 7, in weicher die Stellung P liegtV Damit gelten die folgenden Gleichungen:

XP ■=- ιτρ :- .1
xP = .VP - (j

xP

η-ρ),

(D (2)

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in welchen η die Anzahl der vollen Si recken zwischen den Stellungen R 0 und P bedeutet.

Unter Bezugnahme auf die Gleichung (2) überträgt der Bedienende die digitale Angabe der Darstellungseinrichtung (A'P) und subtrahiert dann einen Wert (6 ρ + 1)_: der gleich ist dem Abstand zwischen der absoluten Nullstellung ZA der Maschine und der relativen Nullstellung R 6, welche den Beginn der Strecke ρ 7 darstellt, in welcher die Stellung P des beweglichen Gliedes liegt. Der zu subtrahierende Wert ist eine bestimmte Größe, die vom Bedienenden leicht abzuleiten ist. Tatsächlich sind J und /; bekannt, während es, um η zu kennen, ausreicht, an dem Stel'ungsmeßgerät die Anzahl der vollen Schritte zwischen R 0 und P zu zählen.

Diese Operationen erfordern jedoch Zeit und Vorbereitung bzw. Vorkenntnis durch den Bedienenden. Darüber hinaus ist es bei digitalen Stellungsmeßgeräten notwendig, in der Lage zu sein, die Angabe einer Stellung, wenn sie durch Stromabfälle oder weil das Gerät für eine bestimmte Zeit außer Betrieb war, ohne daß das bewegliche Glied einer Bewegung unterlag, gelöscht worden ist, wiederherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei der Digital-Stellungsmeßvorrichtung gemäß dem Hauptpatent die vorgenannten Nachteile auszuschalten.

Diese Aufgabe wird bei einer Digital-Stellungsmeßvorrichtung der vorher genannten Gattung erfindungsgemäß gelöst durch Einrichtungen zur Nullpunkteinstellung, die die digitalen Inhalte des ersten Zählers und des zweiten Zählers in Nullstellung halten können derart, daß die folgende Operation der zwei Zähler das Erhalten einer Darstellung der relativ en Stellung des beweglichen üiiedes innerhalb der Cicnzen :.-iner der Strecken oder eines der Schritte in ■■ sueilcr digitaler Form durch die Darstellungseinrtditung ei Saunt.

Vorzugsweise sind die Nullpunkteinstellungseinrkhtungen an einen An-Aus-Schalier für die Vorrichtung mechanisch angeschlossen und halten die zwei Zähler in Nullstellung, wenn die Vorrichtung .^für die Dauer der flüchtigen Einschaltperiode angeschaltet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung wieuergegebenen Ausführungsbeispiels nüher erläutert. Dabei ist die

Fig. 2 cm Blockschaltbild einer bevorzugten Ausiührungsform.

Das digitale Stellungsmeßgerät MP ist folgendermaßen aufgebaut:

Ein innerer Zähler 10 speichert xP in zwei in Kaskade geschalteten Dekaden IOC und IOD. Der Digitalwert an den Leitungen 11 wird durch einen Konverter 9 in Abhängigkeit von einem 10-kHz-Oszillator 12 zu einem periodischen analogen Signal umgewandelt. Der analoge Ausgang an den Leitungen 7 und 8 wird den Windungen 3 und 4 im festen Teil I eines Steliungswandlers T zugeführt. Der bewegliche Teil 2 ist bei 6 mit dem beweglichen Glied ß verbunden und seine Windung 5 gibt ein Fehlersign.il über Leitung 13 an einen Verstärker 14, dessen Ausgang 15 an eine Steuereinheit 16 angeschlossen ist.

Der Oszillator 12 speist einen Quadrierer 38 und einen Schaltkreis 39, der nach rechts phasenverschobenen Impulse KM und KC erzeugt. Die Einheit 16 spricht auf die Impulse KM an und bestimmt bei jedem Zyklus das Zeichen und diskriminiert die Größe des Fehlersignals. In Abhängigkeit von dem Zeichen wird der einen oder der anderen der beiden Leitungen A und / Energie zugeführt, um den Zähler 10 und einen äußeren Zähler 42 zu veranlassen, vorwärts oder rückwärts zu zählen. Der äußere Zähler enthält vier in Kaskade geschaltete Dekaden 42 C, 42 D, 42 U und 42 E. Unterhalb einer bestimmten Schwelle de;; Fehlersignals wird einer Leitung C Energie zugeführt und öffnet eine Torschaltung 41, um über die Lekung 44 den Zählimpuls KC den am wenigsten kennzeichnenden Dekaden 10 C und 42 C zuzuführen. Oberhalb dieser Schwelle wird einer Leitung D Energie zugeführt und öffnet eine Torschaltung 40, um über die Leitung 43 den Zählimpuls KC den nächsten meistkennzeichnenden Dekaden IOD und 42 D zuzuführen.

Nachfolgend werden die Einrichtungen beschrieben, die es ermöglichen, ein Maß der Stellung des beweglichen Gliedes ß unabhängig von einem Schritt des Stellungsdetektors T zu erhalten, d.h. mit Bezug auf Fig. 1, zu welcher angenommen ist, daß P die gegenwärtige oder tatsächliche Stellung des beweglichen Gliedes entlang der Verschiebungsachse X wiedergibt, also den Wert der relativen Koordinate xP, gemessen in bezug auf die Nullstellung R 6, die den Beginn des Schrittes ρ 7 wiedergibt, innerhalb welchem die Stellung P fällt, zu erhalten. Diese Messung ist möglich, wenn das bewegliche Glied in irgendeiner Stellung entlang der relativen Verschiebungsachse feststeht.

F i g. 2 zeigt ferner eine Darstelluiigseinrichtung V von bekanntem Typ, die eine Anzahl von Ablesestellen hat, welche gleich der Anzahl der Stufen des äußeren Zählers 42 ist. Bei dem Beispiel der Fig. 2

sind, entsprechend den vier Dekaden 42 C, 42 D, 42 U und 42 E und von diesen unmittelbar gesteuert, vier Ablesestellen vorgesehen, von welchen jede eine visuelle Darstellung des in der zugehörigen Dekade des äußeren Zählers 42 enthaltenen Dezimaldigits liefern kann.

Ferner zeigt Fig. 2 einen von Hand betätigbaren Wählschalter 46 mit zwei Stellungen RE, ZE. In der Stellung RE verbindet der Schalter die Stufen IOC, 10 D des inneren Zählers und die Stufen 42 C, 42 D, 42 JJ, 42 E des äußeren Zählers 42 über den Leiler 49, eine Torschaltung 48 und einen Leiter 47 mit einer konstanten Spannung VO, welche die Nullpunkteinstellung der digitalen Inhalte der beiden Zähler bewirkt. In der anderen Stellung ZE des Schalters 46 ist die Spannung VO abgeschaltet.

Das Signal 47 geht auch durch ein Verzögerungselement SO und einen Inverter 51, um ein Signal 52 entstehen zu lassen, das die Torschaltung 48 wirksam macht.

Das Verzögerungselement 50 ist so gewählt, daß seine Verzögerung geringfügig größer ist als die flüchtige Einschaltperiode des Gerätes, während welcher das System in Arbeitszustand gebracht wird. Das Signal 52, welches die Torschaltung 48 wirksam macht, wird deshalb abgetrennt, wenn das Gerät zu dieser Zeit in seinem Arbeitszustand ist.

Der Wählschalter 46 ist mechanisch mit dem An-Aus-Schalter für den elektrischen Anschluß des Gerätes (was in der Zeichnung nicht dargestellt ist) verbunden. Die Stellung ZE des Schallers 46 entspricht dem elektrischen Anschluß »aus«, während die Stellung RE dem elektrischen Anschluß »an« entspricht.

Wenn dem Stellungsmeßgerät MP Energie zugeführt wird, wird der Schalter 46 in die Stellung RE gebracht, wobei das Signal 52 vorhanden und insofern die Torschaltung 48 wirksam ist, und die zwei Zähler 10 und 42 liegen an der Spannung VO, welche diese in der Nullpunktstellung hält. Dieser Zustand erstreckt sich über die flüchtige Einschaltperiode des Gerätes hin, nach welcher das Signal 52 verschwindet und die Nullpunkteinstellung der zwei Zähler deshalb beendet wird.

Wenn das bewegliche Glied B nicht auf einer der Nullstellungen des Stellungsdetektors T ist, so erscheint ein Fehlersignal am Ausgang des Detektors T und steuert das Zählen der zwei Zähler 10 und 42 durch die Steuereinheit 16 in Jcr Weise, daß eine stufenweise Löschung des Fehlers erfolgt. Der Gleichgewichtszustand wird erreicht, wenn die digitalen Inhalte des inneren Zählers 10 gleich der Stellung des beweglichen Gliedes innerhalb eines Schrittes des Detektors T sind.

Aufgrund der Wirkung der identischen Inbetriebsetzungszustände hat in diesem Zustand der Zähler 42 einen digitalen Inhalt, der gleich dem des inneren Zählers 10 ist.

Das Stellungsmeßgerät MP ist dann im normalen Betriebszustand. Nach der Hauptanmeldung ist dabei der äußere Zähler 42 mit Einrichtungen versehen, um die Inhalte und den Eingang des Zeichens zu ändern, und es ist in diesem Punkt möglich, die In halte dieses Zählers durch Einführen des Wertes XP oder eines anderen vorgewählten Anfangswertes zu ändern, bevor mit den folgenden Messungen fortgefahren wird.

Wie bereits vorher hier erwähnt wurde, wird der Bedienende, wenn es erwünscht ist, die Ablesung der absoluten Kooidinate XP an der Darstellungscinrichiung V erscheinen zu lassen, die Gleichung (1) benutzen, in weicher Λ und ρ bekannte konstruktive Werle sind, während P durch die vorher beschriebeneu Operationen gefunden wurde und η an einer eingeteilten, mit dem festen Teil 1 starr verbundenen Skala abgelesen wird, und er wird die im Hauptpatent beschriebenen Einrichtungen benutzen, um die Inhalte und das Zeichen in den äußeren Zähler 42 einzubringen.

Es sei nuü andererseits angenommen, daß das Stellungsmeßgcrät MP mit Energie versorgt ist und aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt hat, die durch den Zähler 42 addiert worden sind.

Das bewegliche Glied B des digitalen Stellungsmeßgerätes MP sei in einer gegebenen Stellung P (F ig . 1) fest und das bewegliche Teil 2 des Stellungsdetektors 7", welches an B mit der mechanischen Verbindung 6 angeschlossen ist,sei folglich ebenfalls fest.

Das Servosystem ist im Gleichgewichtszustand, in welchem der innere Zähler 10 einen digitalen Inhalt hat. der die gegenwärtige Stellung des beweglichen Teils 2 in bezug auf die Nullstellung R 6 des festen Teils 1 darstellt. Andererseits wird der äußere Zähler 42 im allgemeinen einen unterschiedlichen digitalen Inhalt haben.

Wenn es erwünscht ist, eine visuelle digitale Anzeige der Stellung des beweglichen Gliedes B innerhalb der Grenzen eines Schrittes des Stellungsdetektors T zu erhalten, wird es notwendig, die Inhalte des äußeren Zählers 42 zu löschen und auf diesen die Inhalte des inneren Zählers 10 zu übertragen und dadurch eine visuelle Aufzeichnung durch die Darstellungseinrichtung V zu erhalten.

LJm dieses Ergebnis zu erreichen, genügt es, das Gerät für einen Augenblick von der Energiezufuhr zu trennen, d. h., der Wählschalter 46 wird in die Stellung ZE gebracht, und dann die Energiezufuhr zum Gerät wiederaufzunehmen, d. h., der Wählschalter 46 wird zurück in die Stellung RE gebracht. Die vorher bereits angestellten Betrachtungen treten insofern auf.

In bezug auf Fig. 1 ist darauf zu achten, daß, wenn P die Stellung des beweglichen Gliedes B in-

nerhalb des Schrittes ρ 7 des Stellungsdetektors T darstellt, die Anfangsoperation der Nulipunkteinstellung der Zähler den Zähler 10 in einen digitalen Zustand bringt, der ohne Unterschied die Nullstellung R 6 oder die Nullstellung Rl darstellt. Wenn die

Schleife des Servosystems wieder geschlossen wird, beginnt der Zähler 10 zu zählen, bis er den Gleichgewichtswert xP erreicht. Wie im Hauptpatent bereits erklärt, kann der innere Zähler 10 vorwärts und rückwärts zählen und dieses Zählen wird deshalb bewirkt, damit der WertxP durch Folgen auf dem kürzesten Weg — und damit innerhalb der kürzesten Zeit — erreicht wird und folglich ist der Ausgang eine der beiden Nullstellen R 6 bzw. Rl, nämlich diejenige, die näher zu P liegt. Wenn das Zählen

von R6 gegen P, d.h. progressiv, erfolgt, versorgt die Steuereinheit 16 den Vorwärtszählkanal A mit Energie oder aktiviert diesen, während bei Zählen von Rl nach P, d.h. regressiv vom Maximumwert, den der Zähler enthalten kann, die Steuereinheit 16

den Rückwärtszählkanal I mit Energie versorgt.

Der äußere Zähler 42 kann in zum inneren Zähler 10 identischer Weise aibeiten. Wenn es jedoch, wie bereits im erwähnten Hauptpatent festgestellt, er-

wünscht ist, daß der äußere Zähler mit Einrichtungen zum Hinführen der Inhalte und des Zeichens verschen sein soll, ist es zweckmäßig, wenn der Zähler bei Null beginnt und die Steuereinheit !6 einen RücKwärtszählVorgang steuert, damit der Zähler als progressiver Zähler mit einem negativen Vorzeichen arbeitet. Wenn Rückwärtszählbcdingimgcn vorhanden sind, wird folglich der äußere Zähler 42, wenn der Gleichgewichtszustand in der Scrvosystcmschlcife erreicht ist, einen negativen Wert zählen, der gleich ist dem Komplement des im inneren Zähler 10 enthaltenen Wertes. Das heißt bezogen auf F i g. 1 und unter den vorerwähnten Gleichgewichtsbedingungcn, daß der innere Zähler 10 einen die relative Koordinate xP darstellenden Wert zählen wird, während der

äußere Zähler 42 einen Wert mit einem Zeichen gleich (p -xP) zählen wird. In diesem Fall wird ein geschulter Bedienender, der diesen letzten Wert an der Darstellungseinrichtung V abliest, sofort in der Lage sein, den Wert der relativen Koordinate xF abzuleiten.

Es ist notwendig, zum Schluß darauf hinzuweisen, daß geeignete Einrichtungen vorgesehen sind, um zu verhindern, daß der innere Zähler 10 in dem Fall

ίο der Stellungsmessung /' genau im Zentrum eines Schrittes nach der anfänglichen Nullpunktcinstellung, in diesem Zustand, der nicht den Wert der relativen Koordinate .v/^} darstellt, gesperrt bleiben muß, während ein Nullfchlcr am Ausgang 13 des Stellungsdetektors T hervorgerufen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Digital-Positionsmebvorrichtung zum Messen der Verschiebung eines in bezug auf ein festes Glied entlang einer Achse beweglichen Gliedes, welche mit einer Reihe von Nullstellungen, die um eine konstante Strecke voneinander getrennt sind, versehen ist, mit einem ersten Zähler und Einrichtungen für die Umwandlung seiner digitalen Inhalte, die die relative Stellung des beweglichen Gliedes innerhalb jedes Schrittes darstellen, in ein analoges Signal, mit einem auf das analoge Signal und die tatsächliche Stellung des beweglichen Gliedes ansprechenden Stellungsdetektor zur Abgabe eines Fehlersignals, das die Übertragung von Zählimpulsen zum ersten Zähler und zu gleicher Zeit zum zweiten Zähler steuert, welcher gleichzeitig mit dem ersten Zähler zählen kann und an eine Einrichtung zur Darstellung ao seiner digitalen Inhalte angeschlossen ist, nach Patent 14 98 173, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Nul'punkteinsteJlurig (46 bis 52), die die digitalen Inhalte des ersten Zählers (10) und des zweiten Zählers (42) in Nullstellung halten können derart, daß die folgende Operation der zwei Zähler (10, 42) das Erhalten einer Darstellung der relativen Stellung des beweglichen Gliedes (b) innerhalb der Grenzen einer der Strecken (p 1 bis ;; 7) in visueller digitaler Form durch die Darstellungseinrichtung (F) erlaubt.

2. Digital-Positionsmcßvorrichiung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunkteinstellungseinrichtungen an einen An-Aus-Schalter (46) für die Vorrichtung mechanisch angeschlossen sind und die zwei Zähler (10, 42) in Nullstellung halten, wenn die Vorrichtung für die Dauer der flüchtigen Einschaltperiode angeschaltet ist.