DE19604968A1

DE19604968A1 - Verfahren zum Prüfen von inkrementalen Meßsystemen und Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19604968A1
Application number: DE1996104968
Authority: DE
Inventors: Christian Moderow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2016-02-03
Also published as: DE19604968C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von inkrementalen Meßsystemen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens.

Inkrementale Drehgeber werden für die Lageregelung bei Positionierantrieben verwendet. Mit ihnen werden die Istwerte der Wellenbewegung des Antriebes erzeugt, die für die Kegelung benötigt werden. Um die Quelle von auftretenden Fehlern, insbesondere von Maßschwankungen bei auf CNC-Maschinen hergestellten Werkstücken, zu ermitteln ist es wichtig, zuerst die einwandfreie Funktion der Drehgeber zu prüfen. Dabei ist es unter Umständen wünschenswert, die Funktionsfähigkeit der Drehgeber zu testen, ohne sie ausbauen zu müssen.

In der DE 31 22 702 C2 sind ein Verfahren zur Ermittlung von Tastverhältnis und/oder Phasenwinkel von periodischen elektrischen Rechtecksignalen, insbesondere bei digitalen elektrischen Positionsineßeinrichtungen, und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens sowie Anwendung des Verfahrens beschrieben.

Das bekannte Verfahren verwendet das Phasenwinkelmeß prinzip. Es wird davon ausgegangen, daß die Ausgangs rechtecksignale von zwei Gebern im fehlerfreien Zustand um den Phasenwinkel 90° elektrisch versetzt sind. Bei Verschmutzung oder bei Ausfall eines Gebers schwankt der Phasenwinkel deutlich um 90°. Diese Phasenwinkel-Schwankung wird durch eine Anzeigeeinheit angezeigt.

Bei der Anwendung in elektrischen Positionsmeß einrichtungen wird eine Teilung auf der Meßeinrichtung von einer relativ zur Positionsmeßeinrichtung beweg lichen Abtasteinheit abgetastet. Die in der Abtast einheit gewonnenen elektrischen Analogsignale werden einer Auswerte-/Anzeigeeinheit zur Anzeige der Werte der vollen Signalperioden zugeführt. Von den gewon nenen elektrischen Analogsignalen wird zur Untertei lung der vollen Signalperioden ein Analogsignal digitalisiert und einem Rechner zur Berechnung von Interpolationswerten zugeleitet.

Das Verfahren ist für eine schnelle und zuverlässige Diagnose von Drehgebern ungeeignet, es ist zu kost spielig und aufwendig.

Das Phasenwinkel-Meßgerät PWM 7 der Dr. Johannes Heidenhain GmbH (Betriebsanleitung "Meßsystem-Di agnose-Set", Stand 8/94) zum Prüfen und Einstellen der elektrischen Ausgangssignale von Längenmeßsystemen und Drehgebern, ist nach den beschriebenen Gegeben heiten aufgebaut und erlaubt nur mit unzureichender Genauigkeit und Zuverlässigkeit die Testung von inkrementalen Meßsystemen. Die Verwendung von Zeigerinstrumenten (Ablesefehler) und die zulässige Toleranz der Anzeigen erlauben keine fehlerfreie Diagnose der Meßsysteme.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Prüfgerät zu entwickeln, mit denen eine einfache und zuverlässige sowie schnelle Diagnose der Funktions fähigkeit von inkrementalen Meßsystemen gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4. Zwischen zwei Referenzsignalen eines inkrementalen Meßsystems wird die Strichzahl exakt ermittelt, die als Impulszahl auf jeder Winkelmeßeinrichtung angegeben ist. Das erste Referenzsignal ist das Startsignal und löst den Zähl- bzw. den Prüfvorgang aus. Das erste Referenzsignal entspricht der Nullgradstellung der Winkelmeßein richtung oder der Nullmarke der Wegmeßeinrichtung.

Wenn bei der Winkelmeßeinrichtung diese Stellung oder Marke erneut durchlaufen wird, zum Beispiel bei der Winkelmeßeinrichtung nach einer vollständigen Umdrehung von 360°, wird der Zählvorgang und damit die Prüfung angehalten bzw. beendet. Das Wegmeßsystem erhält das zweite Referenzsignal (Stoppsignal) durch eine weitere Referenzmarke, die nach einer definierten Länge angeordnet ist.

Das inkrementale Meßsystem kann im eingebauten Zustand einfach und zuverlässig geprüft werden, indem das Prüfgerät in den Regelkreis der laufenden Maschine eingeschleift wird. Bei der Überprüfung eines inkrementalen Längenmeßsystems sind zwei Referenz marken im Verfahrbereich der zu überprüfenden Achse notwendig. Abweichungen zwischen der Soll-Strichzahl und der Ist-Strichzahl signalisieren einen Fehler.

Im ausgebauten Zustand wird das inkrementale Meßsystem durch das Prüfgerät eingespeist und die zurückge führten Signale werden pro Umdrehung oder zwischen zwei Referenzmarken gezählt. Eine Soll-/Istwert-Dif ferenz zeigt wiederum einen Fehler an.

Das Prüfgerät kann überall dort eingesetzt werden, wo die Steuerung von Maschinen mit inkrementalen Meß systemen arbeitet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles eines Prüfgerätes für eine NC-gesteuerte Werkzeugmaschine näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Prüfgerätes und

Fig. 2 die Ausführungsform einer Flip-Flop-Schal tung im Prüfgerät nach Fig. 1.

Das erfindungsgemäße Prüfgerät 1 nach Fig. 1 ist zur Prüfung von inkrementalen Meßsystemen, insbesondere von Drehgebern 7, im ausgebauten oder im eingebauten Zustand vorgesehen, um den Drehgeber 7 als Fehlerur sache zu identifizieren oder auszuschließen.

Das Prüfgerät 1 wird in den Signalweg zwischen dem Drehgeber 7 und dem nicht dargestellten Lageregelkreis der NC-Steuerung eingeschleift und die zu überprüfende Achse wird über die Betriebsart "Referenzpunkt anfahren" in ihre Ausgangsstellung gebracht.

Es wird zwischen der indirekten und der direkten Wegmessung durch den inkrementalen Drehgeber 7 unterschieden.

Bei der indirekten Wegmessung wird die Achse bezüglich des Werkstücks in "Minusrichtung" gefahren. Der erstmalige Durchlauf der Referenzmarke startet den Prüfvorgang. Über eine nicht dargestellte passive Schnittstelle werden die einlaufenden Impulse vom Prüfgerät abgegriffen, gezählt und unverfälscht der NC-Steuerung zugeführt. Nach einer vollen Umdrehung wird die Referenzmarke des inkrementalen Drehgebers 7 zum zweiten Mal durchlaufen und der Zählvorgang wird gestoppt. Die Soll-Istwert-Differenz der Impulszahl des inkrementalen Drehgebers 7 zeigt an, daß er defekt ist.

Bei der direkten Wegmessung durch ein inkrementales Längenmeßsystem wird der Prüfvorgang durch eine zweite Referenzmarke, die sich in einem definierten Abstand zur ersten Referenzmarke befindet, beendet.

Im Gegensatz zum stand der Technik ist eine exakte Ermittlung der Impulszahl/Strichzahl und eine zuverlässige Diagnose bezüglich des Meßsystems gewährleistet.

Beim Testen einzelner Drehgeber 7 werden die Impulse gezählt, die zwischen zwei Referenzsignalen des Drehgebers 7 erzeugt werden.

Mit dem Prüfgerät 1 können die Betriebsarten "ständig zählen" und "zählen von Nullmarke zu Nullmarke - eine Umdrehung zählen" gewählt werden.

Als Maß für eine Umdrehung wird das interne Referenz signal des Drehgebers 7 verwendet. Das Vorhandensein des Referenzsignals wird über eine LED optisch angezeigt.

Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 besteht das Prüfgerät nach der Erfindung aus den Baugruppen Interface 2, Betriebsart 3, Dekoder 4, Zähler 5 und Display 6.

Die Baugruppe Interface 2 dient der Anschaltung des Testgerätes an ein inkrementales Meßsystem, z. B. an den Drehgeber 7, es ist in bekannter Weise aufgebaut. Die vom inkrementalen Meßsystem gelieferten Signale werden im Interface 2 verstärkt und über ein Mehrlei tersystem den Baugruppen 3, 4 des Prüfgerätes 1 zugeführt. Die Eingangsbeschaltung ist so ausgeführt, daß bei einem Leitungsbruch keine undefinierten Signale intern weiterverarbeitet werden.

In der Baugruppe Betriebsart 3 erfolgt die wahlweise Umschaltung zwischen den Betriebsarten "Impulse des Meßsystems werden ständig gezählt" und "Impulse des Meßsystems werden von Nullmarke zu Nullmarke gezählt-eine Umdrehung zählen".

Die Umschaltung der Betriebsart erfolgt beispielsweise durch einen nicht dargestellten Kippschalter. In der Schalter-Stellung "ständig zählen" wird die Freigabe für die Zählbaugruppe 5 eingeschaltet. Dadurch werden sämtliche Rechtecksignale des inkrementalen Meßsystems 7 unabhängig von einer Nullmarke gezählt.

In der Schalter-Stellung "Zählen von Nullmarke zu Nullmarke" wird die Zählerbaugruppe 5 gesperrt. Beim ersten positiven Flankenanstieg des Nullmarkenimpulses schaltet der invertierende Ausgang einer ersten Flip- Flop-Schaltung FF1 (Fig. 2) von einem High- auf einen Low-Pegel und aktiviert mit dem Low-Pegel den Zähler 5. Beim zweiten positiven Flankenanstieg des Nullmarkenimpulses kippt der invertierende Ausgang der Flip-Flop-Schaltung FF1 vom Low-Pegel auf einen High-Pegel und inaktiviert den Zähler 5. Gleichzeitig sperrt die Schaltung FF1 erneute Nullmarkenimpulse. Die Schaltung FF1 kann nur über einen Reset-Impuls erneut aktiviert werden.

Die Baugruppe Dekoder 4 dient der Drehrichtungsaus wertung des Drehgebers 1, nämlich ob sich dieser "vorwärts" oder "rückwärts" bewegt.

Die Drehrichtung des inkrementalen Drehgebers 7 muß korrekt erkannt werden. Dazu werden vier Signalzustände des Drehgebers 7 benutzt.

Die Dekoderschaltung 4 ist so ausgeführt, daß aus dem logischen Verknüpfungsergebnis der Rechteckeingangs signale die Bewegungsrichtung des Drehgebers 1 (Fig. 1) definiert wird. Die Auswertung erbringt für eine vollständige Periode der Drehgebersignale vier Impulse. Es wird aber nur ein Impuls pro Periode für die Zählung benötigt. Die vier Impulse werden daher der Teilerschaltung innerhalb des Dekoder 4 zugeführt, geviertelt und entsprechend der Bewegungsrichtung entweder dem +m-Eingang oder dem -m-Eingang des Zählers 5 zugeordnet.

Die Baugruppen Zähler 5 und Display 6 ermitteln und zeigen den Zählstand auf einem LED-Siebensegmente- Display 6 an. Der programmierbare synchrone Dezimal zähler 5 ermittelt die Anzahl der binären Eingangsimpulse und gibt den Zählstand dezimal an einen BCD-zu-Siebensegment-Umwandler weiter, der die Signale entsprechend der verwendeten Anzeige, Display 6, codiert.

Bezugszeichenliste

1 Prüfgerät
2 Interface
3 Betriebsart
4 Dekoder
5 Zähler
6 Display
7 Drehgeber
8 Mehrleiterverbindung
FF1 Flip-Flop
FF2 Flip-Flop
E1 Signal
+m Eingang
-m Eingang

Claims

1. Verfahren zum Prüfen von inkrementalen Meßsystemen, insbesondere von Positionsmeßeinrichtungen wie inkrementale Drehgeber, unter Verwendung einer Teilung auf den Positionsmeßeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichzahl auf der Teilung des Meßsystems zwischen zwei Referenzsignalen als Anzahl von Impulsen gezählt wird, wobei das erste Referenzsignal durch die Nullgradstellung bzw. Nullmarke gebildet wird und als Startsignal für den Zählvorgang benutzt wird und wobei das zweite Referenzsignal durch eine Referenzmarke nach einem definierten Verfahrweg bestimmt wird und den Zählvorgang beendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Referenzsignal durch die Wiederkehr der Nullgradstellung bzw. Nullmarke gebildet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Signalweg zwischen dem inkrementalen Meßsystem (7) und dem Lageregelkreis einer NC-Maschinensteuerung ein Prüfgerät (1) eingeschleift wird, mit dem die Impulse zwischen den Referenzmarken in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung gezählt und angezeigt werden.

4. Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Baugruppe Interface (2) mit einer Baugruppe Betriebsart (3) zur Umschaltung des Zählmodus und mit einem Dekoder (4) zur Auswertung der Bewegungsrichtung des inkrementalen Meßsystems verbunden ist, wobei ein Ausgang der Baugruppe Betriebsart (3) und ein Ausgang des Dekoders (4) mit der Zählerbaugruppe (5) und der Ausgang der Zählerbaugruppe (5) mit einer Anzeigeeinheit (6) verbunden sind und wobei das Interface (2) über eine Mehrleiterverbindung (8) mit dem inkrementalen Meßsystem (7) verbunden ist.

5. Prüfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Baugruppe Betriebsart (3) eine Flip-Flop-Schaltung, bestehend aus zwei JK-Flip-Flop (FF1, FF2), vorgesehen ist, wobei der dynamische Eingang des ersten Flip-Flop (FF1) mit dem Signal (E1) aus dem dynamischen Flankenanstieg des ersten Rechteckeingangs signals des Meßsystems (7) beschaltet ist, und daß der invertierende Ausgang des ersten Flip-Flop (FF1) zur Freigabe des Zählvorganges mit der Zählerbaugruppe (5) und mit dem dynamischen Eingang des zweiten Flip-Flop (FF2) verbunden ist, und daß der J-Eingang des ersten Flip-Flop (FF1) mit dem konvertierenden Ausgang des zweiten Flip-Flop (FF2) verbunden ist.