DE2004396A1 - Digital-inkremental arbeitender Drehgeber, insbesondere für numerische Steuerungen von Werkzeugmaschinen - Google Patents

Digital-inkremental arbeitender Drehgeber, insbesondere für numerische Steuerungen von Werkzeugmaschinen

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DE2004396A1 DE19702004396 DE2004396A DE2004396A1 DE 2004396 A1 DE2004396 A1 DE 2004396A1 DE 19702004396 DE19702004396 DE 19702004396 DE 2004396 A DE2004396 A DE 2004396A DE 2004396 A1 DE2004396 A1 DE 2004396A1
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/21—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device

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Description

S £■(**■
Patentanwa.it
Köln, Lothringer Str.81
; ■ mein „'eichen: 2778
■anmelder"; Kurt Maecker ' .
" 4ooo jjusseldgrf -
: -Kreuzstrasse; 54 '
Digital-inlcremental arbeitender Drehgeber, insbesondere für numerische Steuerungen von "werkzeugmaschinen ■ . ' -
Die Erfindung b/ezieht sich auf einen digitalinkremental arbeitenden j>rehgeber, insbesondere für numerische Steuerungen von Werkzsugmaschinen, der zur Richtu-ngserkennung zwei Signalausgänge
. ; " ο elektrisch
liefert, die um 90 7gegeneinander phasenverschoben
sind *■--"■ ·,=■"■-."
Es sind digital arbeitende Drehgeber^ bekannt,; . zum Beispie:! op ti «ehe Drehgeber, die den fotoelektritsehen Effekt von Fotodioden ausnutzen* bei denen öurch Striöhscheifeen untj eiitsprechend ausgeMidWfce.feinden ein. periodisches' :HeOll-Dunkel erzeugt wirS» bzwv induktive Drfhge\deä?r bei denen Hali-SeneratBren;' durch. Magnetfeld er- Ί beeinflusst werden« ";
2Ü04336
Biese digital-inkremental arbeitenden Drehgeber haben den schwerwiegenden Hachteil, dass Störungen im ImpulsauBgang nicht erkannt werden. Bs kann also vorkommen, dass die Maschine welterläuft, ohne dass korrekt gezählt wird.
Aufgabe der Erfindung war es, eine Anordnung zu schaffen, die die Impulsgabe eines digitalinkremental arbeitenden Drehgebers kontrolliert ad eine eventuelle Störung rechtzeitig meldet.
Ss stehen für die Überwachung nur sehr kurze Schaltzeiten zur Verfügung, die erst durch Einsatz integrierter Schaltkreise erreichbar sind.
Wenn angenommen wird, dass der Drehgeber bei einer Umdrehung t.ooo Impulse abgibt, so würde jede einzelne Impulsdauer bei 5o Umdrehungen pro Sekunde des Drehgebers nur noch 2o Mikrosekunden betragen. Jür eine Überwachung bliebe nur etwa 1/4 (Einviertel) dieser Zeit zur Verfügung·
Di· Erfindung nutzt die beiden Impulse, die ein richtungetrkennendtr digital-inkremental arbeitender Drehgeber liefert aur Kontrolle des Signaleausganges aus«
Die Lösung der Aufgab« besteht erfindungsgemäss darin, dass die beiden Signalausgänge zur gegenseitigen Xontrolle für «ine korrekte Impulsgabe benutzt werden, in dem «ine Auswertelogik wechsel-
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200k
weise die beiden Signale bearbeitet und beim Ausfall eines Signals ein Störsignal erzeugt.
Einem Signal muss also das nächste immer um 9o° elektrisch versetzt folgen· Diese Auswertelogik kann bereits im Geber oder auch beim Zähler untergebracht werden. Fehlt eines der beiden, so wird ein Störsignal erzeugt.
Es kann auch vorkommen» dass mehrere Impulse ausfallen und auf Grund dessen die Zählung kaum noch der Lage des Maschinenteils entspricht· Das ist immer der FaIl1 wenn ein normales Impulssystem zur Kontrolle benutzt wird, wie anhand der Zeichnungsfiguren 1 und 2 nach im Einzelnen nachgewiesen wird·
Nach einer weiteren AusfÜhrungsform der Erfindung werden deshalb zwei Impulssysteme mit je zwei um 9o° versetzte Iupulsreihen eingesetzt (Zahl-System und Prüf-System)f die eich gegenseitig überwachen und wobei eines der lapulssysteme die korrekte Zählung im Sturungifalle aufrecht erhält.
Nach einer besonderen Aueführungeform der Erfindung hat das zweite Impulssystem (Prüf-System) des Drehgeber» ein änderte Tastverhältnis als das erste·
Venn zum Beispiel ein normaler digital-inkremental arbeitender Drehgeber ewti Ausgänge hat t die eur Rieht ungserkennung um 9o° elektrisch verse tat sind
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ao haben diese beiden Ausgänge ein symmetrisches Tastverhältnis, das heisst, die Impulsdauer und die Inpulspause jedes einzelnen Impulses sind gleich lang« Diese Impulse werden nachfolgend als Zahlimpulse bezeichnet*
Das zweite zur überwachung eingesetzte Impuls- -w system hat aber ein ungleiches Tastverhältnis,
' das heisst, die Impulsdauer dauert nur 25$ί gegenüber 15i> der Impulspause. Diese Impulsfolge ist mit Prüf-Impulsen bezeichnet· Diese Verkürzung der Impulsdauer der Zählimpulse gegenüber den Prüfimpulsen ist notwendig» um eine sichere Trennung dieser beiden Impulse zu gewährleisten.
Durch eine entsprechende Auewertelogik kann das Fehlen eines Zähl- oder Prüfimpulses festgestellt werden.
Um einen erfindungsgemässen Geber wirtschaftlich * und mit tragbaren Abmessungen herstellen zu können,
kann der Drehgeber aus zwei kreisförmigen gedruckten Leiterplatten bestehen. Die eine Leiterplatte, die feststeht, enthält als gedruckte Leiterbahnmuster ausgebildete Induktivitäten. Auf der anderen drehbaren Platte (Läuferplatte) sind leitende Ϊelder angeordnet, deren Anzahl der Anzahl der Signalspannungsperioden (Impulse) pro Umdrehung entspricht.
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O-s
der Drehung der Lauf er sehe ibe werden die auf der feststehenden Scheibe befindlichen Induktivitäten periodisch verändert.. Dabei sind die veränderbaren Induktivitäten' als Kreuzungsfreie Leiterbahn»mustei? ausgebildet und längs des Kreisumfanges so weite ausgedehnt, dass sie von mehreren oder sämtlichen Metallfedern der Läufer- · platte gleichzeitig beeinflusst werdeno .
Da hierbei die öpulenr wie"*auch die Dämpfungsscheiben, in der Bauart gedruckter:Kartenangefertigt werden, können, können zwei komplette · ; Systeme hintereinander in ein Gehäuse eingebaut werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die zusätzlichen Überwachungen sterne auf die " gleiche Spulenplatte zu legen, soweit die be- ; trieblichen Spuleneysterne weniger als mit 18o die Platte beanspruchen. Dadurch lsi es möglichf das doppelte Spulensystem mit den entsprechenden
Verstärkerelementen auf einer Platte anzuordnen» f
Zum Bedampfen dieser Spulen ist nur'eine Scheibe mit Met all segment en erforderlich». . ■
Die Auswertelogik selbst kanniin Geber unterge-, bracht werden oder auch ia Siähle,*? lCj/kg» um auf diese! V«ise auch StöreinflUse|f;i%* üi«f leitungen r^/ ▼oa Geber zua Zähler »iiiatür)Ha»W*«l3t aus zu Behalten
ORiÖINAL INSPECTIEÖ
Ss sei betont, dass selbstverständlich die Auswertelogik in gleicher Weise arbeitet, wenn statt eines fehlenden Impulses ein Impuls zuviel (durch äussere Störeinflüsse) erfolgt, so weit dieser Störeinfluss unsymmetrisch ist.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
* Jig. 1 zeigt die Impulsfolge eines normalen
digital-inkremental arbeitenden Drehgebers mit Richtungeerkennung.
flg. 2 zeigt die Impulsfolge des Gebera gemäss der Erfindung»
lig. 3 zeigt die hierzu gehörende Auswertelogik.
fig· 4-7 zeigen die Impulsfolge des derates mit
einem besonderen Überwachung« eye tem gemäss der Brfindung.
fig· 8 zeigt dazu die Auswartelogik für die Störungemeldung nach flg. 4·
lig. 9a zeigt das Induktivität»muster (Spulen) des Drehgeber« und
fig, 9b die dazugehörige Läuferplatte,
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In Jj'ig... 1 "Sind die "beiden Impulse mit Q1 und beze ichnet, wobei Q2
über y. versetzt ist«,
bezeichnet, wobei Qp um■ 9.0 elektrisch gegen-
in Fig. 2 sind die erfindungsgemäss benutzten Signale Q1 und ^2, die inversen Signale von Q1, Q2. ä » %-, ap und die inver sen Signale a y-aL, a2 sind Ausgänge der ilipflops f bis f2„
U1 bis Uc sind Hanä~Grattei". Die links und rechts : m
seitlieh neben den Signalen senkrecht angegebenen Mnien zeigen die "Verknüpfung der einzelnen Signale mit dem entsprechenden Hand-GätterV ■■'■■--" - ■ ■*. ■ ■ ■ '
Mg. 3 zeigt die au Figo 2 gehörende -Schaltlogik. Hierbei wird gewöils nur die Hanke des Impulses zur Messung "benutzt und zwar, wenn sie von dem \tert Ii auf den Wert 0 geht.
Bei dem Pehlerbeispiel;gemäss;den Pig.- 2 und 3 «wird, wenn das zweite Ql-Vor-Signal nicht vor-'
hahden ist, das 'zweite a2-Vor-Signal-nicht nach 0 ,.gesetzt und bleibt auf Ii St ehene Beim, nächsten (|
9po-Schritt erhält,?das 'inverse ^-Signal L, und das üichtungsflipf lop-f 0 weist am Ausgang 'aQ ' ebenfalls ein Ii-Signal auf* Die. Und-Bedingung am Nand-Öat^er u..,, ist "gegeben, und es erscheint an dessen Ausgang AIII ein O-Signal, dasam Ausgang A vom Nand-Grätter U2 ein li-Signal hervorruft.
-8-
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In gleicher Weise würde zum Beispiel beim Rückwärtslauf und Ausfall eines Signals Qp die Auswertelogik ein-Störsignal am Ausgang A erscheinen lassen.
Hierbei handelt es sich um die vorher erwähnte Ausführung sfοrm, bei der die Zählung, wenn mehrere Impulse ausfallen, nicht mehr der Lage des Maschiner teils entspricht.
Dabei bedeuten in Fig. 3 t-, und tp die Eingangsstufen für die Umformung des vom Drehgebers kommenden Signals, i-, , ip sind Umkehrglieder für die Herstellung des inversen Signals Ä, ^ ρ und f bis f~ sind Flipflops, u-, bis U1- sind liand-Gatter.
In der Steckkarte k-, befindet sich die übliche Schaltung für die Richtungsdiskriminierung (Richtungserkennung) und die elektronische Vervielfachung der Eingangs-Impulse. Die Karte kp ist ein handelsüblicher Dekadenzähler für Vor- und Rück-P wärtszählung.
Die. !figuren 4 bis 7 zeigen die Impulsfolge
des Gerätes mit dem erweiteren erfindungsgemässen
Überwachungssystem. Hinzugesetzt sind die Prüf-
Impulse ^χ χ> ^2 1* ^1 den einzelnen Figuren
ist der Ausfall jeweils eines Zähl- oder Prüfsignals
:■■■
und dessen Auswirkung auf das entsprechende l\land-Ü;atter U. "bis u,-'eingezeichnete Jüs sind . nur die Veränderungen an den bignalen gezeigt, ~ die für die ]?ehlermeidung zur v/irkung kommen...
~ \ -Verknipfungen
Datei sind in-ii'ig.. 4 sämtliche land-Gatterl/u., bis Ur aufgezeichnet und zwar links und rechts mit Pfeilen an solchen Stellen versehen, wo sie wirksam wurden, in-den Hg-; 4 "bis 7 ist nur" je- . weils das liand-G-atter linksseitig angegeben, das : . für die Störungsmeldung zur Wirkung kommt o
wenn in der Auswertelogik gemäss Jig... 4 das', dritte —Zählsignal nicht .-"vorhanden ist , wird "beim
■^lipf lop Za Ausgang ä-i nicht auf Ö-Sign al gesetzte. Das anstehende L-Signal fällt mit dem vierten ".--.
Q^-^Vor-Signal zeitiich zusammen, so dass am Mand-G-atter U1 die Und-Bedingung1 gegeben ist. Am iusgang von U1 erscheint ein Q-Signal, welches ein L-Signal am Ausgang A des land-Satters U1-'hervorruft« ;
Ist das dritte ^1 ^-fVor-Prüfsignal nicht vorhanden' CFigeS) j dann wird beim i'lipflop f2 (figo 8) der „ Ausgang a2 nicht auf O-Signal gesetzte Bas anstehende Ii-Signal- fallt dann" mit dem- dritteii "oLr-Ii-Signal zeitlich zusammen, soj dass am ITand-uatter U2- die Und-Bedingung gegeben ist* - ■""'.', - ; -
Ist das dritte Qg-Voi-Zählsignal (ligo6 ) nicht vorhanden, dann wird beim Äipflop f ^ (lig« 9) der. Ausgang a, nicht auf.. O-Signal j gesetzt«. Das anstehende L-Signal fällt mit dem vierten'.Q0 .,-Ii-Signar zeitlich , zusammen, so dass am Hand-üatter u,- die Und--Bedingung , gegeben ist»„ ■ ; . ■"",.' ν ' ' ..- .. ■■ ; ·.' ■ ." ·/'■"..,. - Λ *
BAD ORIGINAL
- 1ο -
Ist das dritte Q2 ^-Vor-Prüfsignal nicht vorhanden (Flg. 7) dann wird beim llipflop f, der Ausgang a.. nicht auf Q-Signal gesetzt. Das anstehende L-Signal fällt mit dem dritten ^2-L-Signal zeitlich zusammen, so dass am Hand-ÖÄtter die Und-Funktion gegeben ist.
In gleicher Weise erfolgt die Kontrolle bei der entgegengesetzten Drehrichtung des Drehgebers, also bei der Signalreihe, die mit "rück" bezeichnet
ist.
Pig. 8 zeigt die Auswertelogik für die Störungsmeldung und gehört zu den Flg. 4 bis 7* Hierbei sind die Signalfolgen mit Q1, Q1#-j» Q2* $2.1 bezeichnet. Z sind die Zählimpulse und F die Prüfimpulse,
t.j bis t. sind wieder die Eingangsglieder für die umformung der Signale Q1 bis Q2,-)*
I^ bis Im sind die Umkehrglieder, U1 bis u,- die Nand-aitter für die Störungsmeldung.
f1 bis f^ sind Flipflops. O1 bis 0, sind Oder-Glieder für die Fortführung des Zähl- oder Prüfsignale als Zählsignal.
-11-
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■«* 11 -
Wenn ein Zählimpuls ausfällt, so wird über die Auewertelogik am Ausgang A des Hand-Gatters U5 ein Störsignal erscheinen· Es wird aber erfindungsgemäss weiterhin korrekt gezählt, da jetzt anstelle des Zähiimpulees der Prüfimpuls für die Zählung zur Verfügung steht« An ein Oder-Glied (O1, O2, Oj, 0*) wird jeweils ein Zähl- und
das dazugehörige Prüfsignal angeschlossen, also %
zum Beispiel Q1 und Q1a1· Eines der beiden Signale wird dann als wirksames Zählsignal weiter geleitet.
fällt aber umgekehrt ein Prüfimpuls aus, so erscheint ebenfalls am Ausgang A von U5 ein Störsignal, aber auch hier wird weiter gezählt· Bas Stör«- signal kann direkt in die Steuerung der Maeehine eingreifen bzw. die Bedienung darauf aufmerksam machen, dass das Gerät oder die Schaltung nachgeprüft werden muss. Wichtig ist aber, dass die zu messende' Strecke oder der Winkel korrekt gemessen wArde·
Fig. 9a zeigt die feststehende Scheibe mit dem Induktiyitätsmuster. Dieses Huster besteht hauptsächlich aus zwei nebeneinander herlauf enden mäanderfönaig hin- und hergeführten leitungestrangen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind.
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Dabei wirkt dieses Muster so, dass die magnetischen Kraftlinien die radial verlaufenden Doppelleiter umschlingen· Das Induktivitätamuster läßt sich für hinreichend groase Periodenzahlen pro Umdrehung ausbilden«
Die drehbare Läuferscheibe (Fig· 9b) enthält an α. ihrem Umfang nach Art von Windmühlenflügeln angeordnete leitende Felder·
Die erfindungsgemässe überwachungsschaltung ist nicht grundsätzlich an einen Drehgeber gemäsa den Figuren 9a und 9b gebunden. Sie kann auch bei den eingangs erwähnten optischen bzw· magnetischen Impulsgebern (Hall-Generatoren) verwendet werden. Dabei ist die Lösung nur etwas aufwendiger als bei dem Impulsgeber genäse den Fig. 9a und 9b.
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Claims (1)

  1. Anlage srum Schreiben vom 28. Januar 197p
    Dip!>l- . ■ - ·:«Veiling *·1η Seichent 277a
    5 Köln, Lothringer 5fr.81
    Patentansprüche
    1. Digital-inkremental arbeitender Drehgeber, insbesondere für numerische Steuerungen τοη wsrlcaeugaaschinen, der aur Hichtungeerkennung ewei Signal Ausgänge liefert t die um 9o° gegeneinander phasen· verschoben eind» dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Signalauagänge eur gegenseitigenKontrolle für eine korrekte Inpulagabe benutat werden, indem eine Auewertelogikwechaelweiae die beiden Signale verarbeitet und beim Ausfall eines Signals ein StUr* signal erzeugt.
    2. Digital-inkremental arbeitender Drehgeber nach Anspruch 1» dadurch gelcennieiohnet, dass ewei lüpulseysteiae nut j· awfea um ja0 v#raöiiü»i reihen eingebet et werden (Ziihl-System und System)· die sich gegenseitig überwachen und wobei eine der Impulseysteme die korrekte 'Zahlung im Störungsfall aufrecht erhalt·
    3. Drehgeber nach den Ansprüchen 1 und 2, daduroh jekeonaeichnöt, daa· dae zweite Impulieyetem (Prüf-Syetem) des Drehgeber· sin andere» Taetverhältnis als das «rate hat.
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    4. Drehgeber nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund des Aufbaues der Auswertelogik sowohl der Ausfall von Zählimpulsen als auch von Prüfimpulsen zu einer Störmeldung führt.
    5. Drehgeber nach den Ansprüchen 1 bis 4, P dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Zähl- und das dazugehörige Prüfsignal an ein Oder-Glied angeschlossen sind, wodurch auch bei Ausfall eines Zählimpulses oder eines Prüfimpulses eines der beiden Signale als wirksames Zählsignal weitergeleitet wird.
    6. Drehgeber nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, das· er aus zwei kreisförmigen gedruckten Leiterplatten besteht, von denen die feststehende als gedruckte Leiterbahnmuster ausgebildete Induktivitäten enthält, während auf der drehbaren
    Jk Platte (Läuferplatte) leitende Ftlder zur Bedämpfung der Induktivitäten auf der feststehenden Platte angeordnet sind*
    7· Drehgeber nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten für beide Systeme auf der feststehenden Platte angeordnet sind in for« von iwel Satz Spulensystemen, die zusammen weniger als 36o° an Platz in Anspruch nehmen·
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    8. Drehgeber nach den Ansprüchen 1,6 und 7ν dadurch gekennzeichnet« dass zu der die Induktivitäten für beide Impulssysteme enthaltenden feststehenden Platte nur eine Lauferplatte angeordnet ,ist, die sowohl die Impulaepulen als auch die Prüfspulen bedämpft.
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