DE19521252A1 - Industrial position measurement signals transmission system - Google Patents

Industrial position measurement signals transmission system

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Abstract

The analogue signal amplifier (15) has at least one input (11) for the position measuring signals (sin,cos,R) and at least one output (13) for connecting to the data line (14). The analogue signal amplifier, in addition has a control signal input (12). With the existence of a specific control signal (16), the at least one output of the analogue signal amplifier, is high ohmic switchable, for the position measuring signals. A signal channel is provided, for each analogue position measuring signal.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1.

Positionsmeßeinrichtungen, bei denen die Erfindung Anwendung findet, liefern bekanntlich Impulse, de­ ren Anzahl ein Maß für die lineare Verschiebung oder den Drehwinkel darstellt. Diese Impulse werden in einem elektronischen Vor-/Rückwärtszähler als Wegelemente aufsummiert und der Meßwert numerisch angezeigt.Position measuring devices in which the invention Application is known to provide impulses, de ren number is a measure of the linear displacement or represents the angle of rotation. These impulses will be in an electronic up / down counter as Path elements added up and the measured value numerically displayed.

Die Auflösung von inkrementalen Positionsmeßein­ richtungen ist ohne weitere elektronische Untertei­ lung zunächst nur 1/4 der Teilungsperiode, da von zwei um 90° zueinander versetzten Photodetektoren der Abtasteinheit zwei entsprechend zueinander pha­ senverschobene Signale sin und cos erzeugt werden, die vier Nulldurchgänge zum Erzeugen von Zählimpul­ sen aufweisen. Besitzen die beiden Signale eine genügend gute Sinusform, lassen sie sich zwischen den Nulldurchgängen auf verschiedene Weise elek­ trisch interpolieren. The resolution of incremental position measurement directions is without further electronic sub-part initially only 1/4 of the division period, because of two photodetectors offset by 90 ° to each other the scanning unit two corresponding to each other pha signals shifted sin and cos are generated, the four zero crossings for generating count have sen. Do the two signals have one enough good sine shape, they can be between the zero crossings in different ways interpolate trically.  

Eine Positionsmeßeinrichtung zum Interpolieren von Meßsignalen ist beispielsweise aus der EP-0 408 799-B1 bekannt.A position measuring device for interpolating Measurement signals are, for example, from EP-0 408 799-B1 known.

Der Betrieb von Positionsmeßeinrichtungen kann im industriellen Bereich durch eine Vielzahl von Stör­ größen beeinflußt werden. Diese Störgrößen können z. B. Unterspannung, Überhitzung, Kurzschluß von Ausgangsleitungen oder sogar Zerstörungen der Posi­ tionsmeßeinrichtung durch Glasbruch oder derglei­ chen sein. Derartige Störgrößen können in einer Auswerteschaltung erfaßt werden und können zu Feh­ lermeldungen und gegebenenfalls zum Abschalten des überwachten Gerätes führen.The operation of position measuring devices can industrial area through a variety of sturgeon sizes are influenced. These disturbances can e.g. B. undervoltage, overheating, short circuit of Output lines or even destruction of the Posi tion measuring device by broken glass or the like be. Such disturbances can in one Evaluation circuit can be detected and can be mis messages and, if necessary, to switch off the monitored device.

Die Übertragung all dieser Größen von der Positi­ onsmeßeinrichtung zur Auswerteschaltung erfordert sehr viele parallele Übertragungsleitungen, vor al­ lem wenn mehrere Positionsmeßeinrichtungen gleich­ zeitig in Betrieb sind.The transfer of all these sizes from the positi onsmeßeinrichtung for evaluation circuit required very many parallel transmission lines, especially al lem if several position measuring devices are the same are in operation early.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, eine Anordnung zum Übertragen von Positi­ onsmeßsignalen nach Art einer Schnittstelle zu schaffen, bei der bereits im Bereich der analogen Positionsmeßsignale eine Multiplex-Betriebsweise möglich ist, so daß im sogenannten Busbetrieb ge­ arbeitet werden kann und möglichst wenige Daten­ übertragungsleitungen erforderlich sind.The object of the present invention is to achieve reasons, an arrangement for transferring positi onsmeßsignalen like an interface create, already in the field of analog Position measurement signals a multiplex mode is possible so that in so-called bus operation ge can be worked and as little data as possible transmission lines are required.

Ferner sollen sowohl inkrementale als auch absolute Positionsmeßeinrichtungen sowie deren Mischformen mit der erfindungsgemäßen Anordnung störungsfrei betrieben werden können.Furthermore, both incremental and absolute Position measuring devices and their mixed forms trouble-free with the arrangement according to the invention can be operated.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit dem Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. This task is accomplished through an arrangement with the Features of claim 1 solved.  

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention are the dependent claims.

Die Vorteile der Erfindung liegen in der Möglich­ keit des Anschlusses mehrerer Positionsmeßeinrich­ tungen an nur eine Datenübertragungsleitung, in der möglichen Auswertung von Störsignalen bzw. Fehler­ meldungen, in der möglichen Betriebsweise von Mehr­ spurgebern und der Umschaltung der Spuren unterein­ ander, beispielsweise von analogen Inkremental-Aus­ gängen auf digitalen Absolutcode-Ausgang und im allgemeinen in der Möglichkeit zur Verringerung der notwendigen Übertragungsleitungen.The advantages of the invention are possible connection of several position measuring devices to only one data transmission line in which possible evaluation of interference signals or errors messages, in the possible operating mode of More track sensors and switching between tracks other, for example of analog incremental off gears on digital absolute code output and in general in the possibility of reducing the necessary transmission lines.

Anhand der Zeichnungen soll die Anordnung noch nä­ her erläutert werden.Based on the drawings, the arrangement is still nä forth be explained.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer inkre­ mentalen Meßeinrichtung; Figure 1 is a schematic diagram of an incremental measuring device.

Fig. 2 einen Ausgabebaustein und Fig. 2 shows an output module and

Fig. 3 einen Ausgabebaustein mit ana­ logen und digitalen Verstärker- Bausteinen. Fig. 3 shows an output module with ana logen and digital amplifier modules.

Eine in Fig. 1 skizzierte Positionsmeßeinrichtung 1 wird durch einen inkrementalen Drehgeber gebil­ det. Als Maßverkörperung dient hier eine Teilschei­ be 2 mit einem Radialgitter 3. Auf einer weiteren konzentrischen Spur befindet sich eine Referenzmar­ ke 4, die hier aber nicht weiter abgehandelt werden soll. Die Teilscheibe 2 ist mit einer Welle 5 ver­ bunden, deren Position gemessen werden soll. Dazu wird das Radialgitter 3 von einer nicht näher be­ zeichneten Abtasteinheit abgetastet. Die wesentli­ chen Bestandteile der Abtasteinheit sind eine Lichtquelle 6, ein Kondensor 7, eine Abtastplatte 8 und Photodetektoren 9.A sketched in Fig. 1 position measuring device 1 is gebil det by an incremental encoder. As a measuring scale, a part of the scale 2 with a radial grid 3 is used here. On a further concentric track there is a reference mark 4 , which will not be dealt with here. The indexing disk 2 is connected to a shaft 5 , the position of which is to be measured. For this purpose, the radial grating 3 is scanned by a scanning unit not shown. The essential components of the scanning unit are a light source 6 , a condenser 7 , a scanning plate 8 and photodetectors 9 .

Bei einer Bewegung der Teilscheibe 2 relativ zur Abtasteinheit kommen die Striche und Lücken des Radialgitters 3 abwechselnd mit den Abtastgittern der Abtastplatte 8 zur Deckung. Die Photodetektoren 9 setzen den sich periodisch ändernden Lichtstrom in elektrische Signale um. Als Ausgangssignale ste­ hen zwei sinusförmige Signale zur Verfügung. Sie sind um 90° elektrisch zueinander phasenverschoben, was durch zwei Photodetektoren 9 bewirkt wird, die um 1/4 der Teilungsperiode T zueinander versetzt sind.When the indexing disk 2 moves relative to the scanning unit, the lines and gaps of the radial grating 3 alternate with the scanning grids of the scanning plate 8 . The photodetectors 9 convert the periodically changing luminous flux into electrical signals. Two sinusoidal signals are available as output signals. They are electrically 90 ° out of phase with one another, which is brought about by two photodetectors 9 which are offset from one another by 1/4 of the division period T.

Die analogen Meßsignale sin und cos werden in einen Ausgabebaustein 10 eingespeist, der funktionsmäßig als analoge Treiberstufe bezeichnet werden kann. Der Ausgabebaustein 10 verfügt außer über die Meß­ signal-Eingänge 11 auch noch über einen Steuersi­ gnal-Eingang 12 und einen Ausgang 13 für eine Da­ tenleitung 14. Die Datenleitung 14 kann ein soge­ nannter Bus sein, über den mehrere Signalkanäle ge­ leitet werden.The analog measurement signals sin and cos are fed into an output module 10 which can be functionally referred to as an analog driver stage. The output module 10 has, in addition to the measurement signal inputs 11, also via a control signal input 12 and an output 13 for a data line 14 . The data line 14 can be a so-called bus, via which several signal channels are routed.

In dem Ausgabebaustein 10 befindet sich wenigstens ein Analogsignal-Verstärker 15, an dem die Meßsi­ gnale sin, cos anliegen. Dieser Analogsignal-Ver­ stärker 15 kann über ein Steuersignal 16, welches am Steuersignal-Eingang 12 anliegt, hochohmig ge­ schaltet werden, so daß von diesem Verstärker 15 kein Ausgangssignal an der Datenleitung 14 anliegt. Dieser Zustand ist sinnvoll, wenn in der Positions­ meßeinrichtung 1 eine Störung vorliegt, so daß ein Störsignal über die Steuerleitung 17 die Abschal­ tung (hochohmig schalten) des Analogsignal-Verstär­ kers 15 bewirkt.In the output module 10 there is at least one analog signal amplifier 15 , to which the measurement signals sin, cos are present. This analog signal amplifier 15 can be switched via a control signal 16 , which is present at the control signal input 12 , to a high resistance, so that there is no output signal from the amplifier 15 on the data line 14 . This state is useful if there is a fault in the position measuring device 1 , so that a fault signal via the control line 17 causes the shutdown (switch to high impedance) of the analog signal amplifier 15 .

Eine Positionsmeßeinrichtung 1 hat im allgemeinen mehrere Signalausgänge, nämlich für die 0°- und 90°-Positionsmeßsignale sin und cos, die analog sind, so wie für ein Referenzsignal R, welches von der schon erwähnten Referenzmarke 4 abgeleitet ist. Jeder dieser Signalkanäle wird über einen Analog­ signal-Verstärker 15a, 15b, 15c geleitet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Jeder dieser Analogsi­ gnal-Verstärker 15a, 15b, 15c kann mit Hilfe des Steuersignales 16 hochohmig geschaltet werden, so daß gezielt einer oder mehrere Ausgänge der Analog­ signal-Verstärker 15a, 15b, 15c auf die Datenlei­ tung 142 am Ausgang 132 des Ausgabebausteines 102 geschaltet werden kann.A position measuring device 1 generally has a plurality of signal outputs, namely for the 0 ° and 90 ° position measuring signals sin and cos, which are analog, as well as for a reference signal R which is derived from the reference mark 4 already mentioned. Each of these signal channels is passed through an analog signal amplifier 15 a, 15 b, 15 c, as shown in Fig. 2. Each of these Analogsi signal amplifier 15 a, 15 b, 15 c can be switched to high-resistance with the help of the control signal 16 , so that one or more outputs of the analog signal amplifier 15 a, 15 b, 15 c on the data line device 142 on Output 132 of the output module 102 can be switched.

Ferner können mehrere Geräte, z. B. Positionsmeß­ einrichtungen an den Ausgabebaustein 10 angeschlos­ sen werden (was hier nicht dargestellt ist). Das Steuersignal 16 schaltet dann die ausgewählten Ana­ logsignal-Verstärker, die den verschiedenen Posi­ tionsmeßeinrichtungen zugeordnet sind, auf die Da­ tenleitung 14, indem die Analogsignal-Verstärker der nicht positiv ausgewählten Positionsmeßeinrich­ tungen hochohmig geschaltet werden. Selbstverständ­ lich können die erwähnten Signale und damit die Auswahl auch invertiert werden.Furthermore, several devices, e.g. B. Position measuring devices to the output module 10 are ruled out (which is not shown here). The control signal 16 then switches the selected analog signal amplifiers, which are assigned to the various position measuring devices, to the data line 14 by switching the analog signal amplifiers of the non-positively selected position measuring devices with high resistance. Of course, the signals mentioned and thus the selection can also be inverted.

Durch die Erfindung ist also eine Art analoger Mul­ tiplex-Betrieb möglich.The invention thus is a kind of analog Mul tiplex operation possible.

Weiterhin kann durch hochohmig schalten der Analog­ signal-Verstärker 15 auch eine Umschaltung von ana­ logem inkrementalem Ausgang einer Positionsmeßein­ richtung 1 auf den digitalen absoluten Code-Ausgang eines "Gebers" erfolgen.Furthermore, by switching the analog signal amplifier 15 with high impedance, a switchover from ana logical incremental output of a position measuring device 1 to the digital absolute code output of a “transmitter” can also take place.

Alle aufgeführten Ausführungsbeispiele ermöglichen die Verringerung der notwendigen Datenleitungen 14 zur Übertragung der Meßsignale sin, cos bzw. der weiteren Ausgangssignale.All of the exemplary embodiments listed enable the reduction of the necessary data lines 14 for the transmission of the measurement signals sin, cos or the further output signals.

Im Prinzip ist hochohmig schalten unter den Be­ zeichnungen Tri-State- bzw. Disable-Funktionen aus der Digitaltechnik bekannt.In principle, high-resistance switching is under the Be tri-state or disable functions known in digital technology.

Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaf­ fen, bereits in der analogen Phase den sogenannten Multiplex-Betrieb zu ermöglichen, was für den ge­ samten Schaltungsaufwand sehr vorteilhaft ist.The invention creates the possibility fen, the so-called To enable multiplex operation, which for the ge entire circuitry is very advantageous.

Dies schließt aber nicht aus, daß in dem Ausgabe­ baustein 10 auch digitale Bausteine vorgesehen sein können, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.However, this does not exclude that digital modules can also be provided in the output module 10 , as shown in FIG. 3.

Neben den Analogsignal-Verstärkern 153 sind noch Digitalsignal-Verstärker oder auch -Empfänger 183 im Ausgabebaustein 103 vorgesehen, die mittels ei­ nes spezifizierbaren Signales 163 über die Steuer­ leitung 173 hochohmig geschaltet werden können.In addition to the analog signal amplifiers 153 , digital signal amplifiers or receivers 183 are also provided in the output module 103 , which can be switched to high-impedance by means of a specifiable signal 163 via the control line 173 .

Ein Wechselschalter 193 deutet an, daß die Analog­ signal- und Digitalsignal-Verstärker 153 und 183 sowohl gemeinsam als auch einzeln ansteuerbar sind. Dieser Wechselbetrieb ist z. B. bei Gebern vorteil­ haft, die in einer bestimmten Betriebsphase ana­ log-inkremental betrieben werden, bei denen es aber ebenfalls möglich sein soll, in einer weiteren Be­ triebsphase den digitalen absoluten Codewert aus zu­ geben. Dazu werden dann die Analogsignal-Verstärker 153 hochohmig geschaltet und die Ein- bzw. Ausgänge der Digitalsignal-Verstärker 183 liegen an dem Aus­ gang 133 mit der Datenleitung 143.A changeover switch 193 indicates that the analog signal and digital signal amplifiers 153 and 183 can be controlled both jointly and individually. This alternating operation is z. B. advantageous with encoders that are operated log-incrementally in a certain operating phase, but where it should also be possible to give the digital absolute code value in a further operating phase. For this purpose, the analog signal amplifier 153 is then switched to high impedance and the inputs and outputs of the digital signal amplifier 183 are connected to the output 133 with the data line 143 .

Es versteht sich, daß die Anzahl der schaltbaren Verstärker im Ausgabebaustein nicht begrenzt ist.It is understood that the number of switchable Amplifier in the output block is not limited.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen also darin, mehrere Positionsmeßeinrichtungen im Paral­ lelbus-Konzept betreiben zu können. Gerätespezifi­ sche Störsignale bzw. Fehlermeldungen können durch hochohmig schalten der analogen Signalausgänge er­ kennbar gemacht werden, dadurch entfällt eine sepa­ rate Leitung für Fehlermeldungen.The particular advantages of the invention are therefore in it, several position measuring devices in parallel to be able to operate the lelbus concept. Device spec Interference signals or error messages can result from high-impedance switching of the analog signal outputs be made identifiable, thereby eliminating a separate rate line for error messages.

Claims (5)

1. Anordnung zur Übertragung von Positionsmeßsigna­ len einer Positionsmeßeinrichtung mit einem die­ ser Positionsmeßeinrichtung zugeordneten Ausga­ bebaustein, an welchem die Positionsmeßsignale eingangsseitig anliegen und der ausgangsseitig wenigstens eine Datenleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgabebaustein (10; 102; 103) wenigstens einen Analogsignal-Verstär­ ker (15; 15a, 15b, 15c; 153) mit wenigstens ei­ nem Eingang (11) für die Positionsmeßsignale (sin, cos, R) und wenigstens einen Ausgang (13; 132; 133) zum Anschluß an die Datenleitung (14; 142; 143) aufweist, daß der Analogsignal-Ver­ stärker (15; 15a, 15b, 15c; 153) ferner einen Steuersignal-Eingang (12; 122; 123) aufweist, und daß bei Vorliegen eines spezifizierbaren Steuersignales (16; 162; 163) der wenigstens eine Ausgang (13; 132; 133) des Analogsignal- Verstärkers (15; 15a, 15b, 15c; 153) für die Positionsmeßsignale (sin, cos, R) hochohmig schaltbar ist.1. Arrangement for the transmission of position measuring signals of a position measuring device with an output module assigned to this position measuring device, to which the position measuring signals are present on the input side and which has at least one data line on the output side, characterized in that the output module ( 10 ; 102 ; 103 ) has at least one analog signal Amplifier ( 15 ; 15 a, 15 b, 15 c; 153 ) with at least one input ( 11 ) for the position measurement signals (sin, cos, R) and at least one output ( 13 ; 132 ; 133 ) for connection to the data line ( 14 ; 142 ; 143 ) that the analog signal amplifier ( 15 ; 15 a, 15 b, 15 c; 153 ) also has a control signal input ( 12 ; 122 ; 123 ), and that when a specifiable control signal is present ( 16 ; 162 ; 163 ) the at least one output ( 13 ; 132 ; 133 ) of the analog signal amplifier ( 15 ; 15 a, 15 b, 15 c; 153 ) for the position measurement signals (sin, cos, R) can be switched with high impedance is. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß für jedes analoge Positionsmeßsignal (sin, cos, R) ein Signalkanal vorgesehen ist, in welchem jeweils ein Analogsignal-Verstärker (15a, 15b, 15c; 153) angeordnet ist, und daß die Analogsignal-Verstärker (15a, 15b, 15c; 153) von dem Steuersignal (162; 163) einzeln oder gemein­ sam hochohmig schaltbar sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a signal channel is provided for each analog position measurement signal (sin, cos, R), in each of which an analog signal amplifier ( 15 a, 15 b, 15 c; 153 ) is arranged, and that the analog signal amplifier ( 15 a, 15 b, 15 c; 153 ) of the control signal ( 162 ; 163 ) can be switched individually or together with a high impedance. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Vorliegen einer Störung die Ana­ logsignal-Verstärker (15; 15a, 15b, 15c; 153) für die Positionsmeßsignale (sin, cos, R) hoch­ ohmig geschaltet werden.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the presence of a fault, the Ana log signal amplifier ( 15 ; 15 a, 15 b, 15 c; 153 ) for the position measurement signals (sin, cos, R) are switched to high resistance. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß außer den Analogsignal-Verstärkern (153) in dem Ausgabebaustein (103) Digitalsi­ gnal-Verstärker bzw. -Empfänger (183) vorgesehen sind.4. Arrangement according to claim 1, characterized in that in addition to the analog signal amplifiers ( 153 ) in the output module ( 103 ) digital signal amplifier or receiver ( 183 ) are provided. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Analogsignal-Verstärker (153) und die Digitalsignal-Verstärker bzw. -Empfänger (183) wechselweise hochohmig schaltbar sind.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the analog signal amplifier ( 153 ) and the digital signal amplifier or receiver ( 183 ) are alternately switchable with high resistance.
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