DE2103677C3 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung synchroner Daten von getrennten Codiermaßstäben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung synchroner digitaler Daten von getrennten Kodiermaßstäben grober und feiner Teilungsspuren, von denen jeweils mindestens zwei gleicher Teilungsspuren hintereinander angeordnet sind.

In der Steuer- und Regeltechnik ist es üblich, Meßwerte physikalischer Größen in digitale Informationen zu wandeln, da sich digitale Daten leichter weiterverarbeiten lassen. Deshalb ist es zweckmäßig, die Meßwerte der physikalischen Größen direkt durch digitale Meßstäbe, z. B. Wegmeßgeber, Winkelkodierer usw. auszugeben. Diese Art der Digitalisierung hat bekanntlich den großen Vorteil, ohne Genanigkeitsverlust und zeitparallel zu arbeiten.

Die Erzeugung digitaler Daten hoher Genauigkeit erfordert aber digitale Maßstäbe mit Teilungsspuren hoher Auflösung. Der Auflösungsgrad der Teilungsspuren ist aber begrenzt, da man die Abtastelemente nicht beliebig klein machen kann. Digitale Wegmeßgeber mit Teilungsspuren sehr hoher Auflösung sind aber sehr teuer; deshalb sind bisher nur solche mit relativ kurzer Länge bekannt geworden. Das bedeutet aber, daß man für größere Weglängen derartige Wegmeßgeber hintereinander anordnen muß. Hierbei kann man aber nicht ausschließen, daß insbesondere im Übergangsbereich der Kodiermaßstäbe Asynchronismus zwischen den Grotdaten eines parallel liegenden Grobkodiermaßstabes und den Feindaten besteht. Für die Weiterverarbeitung der erzeugten Digitaldaten ist es aber erforderlich, daß über die Gesamtlänge der Kodiermaßstäbe Synchronismus zwischen den Grob- und Feindaten herrscht.

Die Ursache für den asynchronen Zustand der Daten wird durch die Ungenauigkeitsfaktoren der Kodiermaßstäbe zueinander hervorgerufen.

Die gleichen Schwierigkeiten wie bei Wegmeßgebern bestehen ai'ch bei Winkelkodierern, und zwar bei solchen, bei denen der Feinwinkelkodierer über ein Servo-Nachlaufsystem entsprechender Übersetzung oder ein mechanisches Übersetzungsgetriebe mit der Geberwelle verbunden ist. Obwohl eine derartige Anflanschung des Feinwinkelkodierers an die Geberwelle den Vorteil hat, daß für den Feinwinkelkodierer ein Kodierer geringer Auflösung verwendet werden kann, hat diese Anordnung den Nachteil, daß die Daten des direkt an der Geberwelle sitzenden Grobwinkelkodierers nicht synchron zu den Daten des Feinwinkelkodierers sind. Die Ursache für den Asynchronismus der Daten ist in dem Ungenauigkeitsfaktor der Winkelübertragung begründet, und zwar durch den hierbei bestehenden nichtlinearen Schlupf im Servo-Nachlaufsystem.

Da bei einem derartigen Winkelkodierersystem die Übersetzung des Servo-Nachlaufsystems so gewählt ist, daß der Grobwinkelkodierer nur die Information über die Anzahl der vollen Umdrehungen der den Feinwin-

kelkodierer antreibenden Feinwelle entnommen wird, ist die Differenz im Gleichlauf nur im Obergang zwischen Null und 360 Grad des Feinwinkelkodierers kritisch. In diesem Punkt muß die Aussage der Grobdaten mit den Daten der Teilungsspur höchster Auflösung des Feinwinkelkodierers übereinstimmen. Dies ist unbedingt notwendig, um Doppeldeutigkeiten bzw. Sprungfunktionen auszuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile bei der Hintereinanderschaltung von Kodiermaßstäben zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung zur Synchronisation der Daten vorzusehen.

Erfindungsgemä3 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß beim Obergang von einem auf einen nachfolgenden 1 =, Kodiermaßstab innerhalb eines einstellbaren symmetrisch zur Stoßstelle liegenden Bereichs der Datenfluß der Grobkodiermaßstäbe unterbrochen ist, und daß die innerhalb dieses Obergangsbereichs fehlenden Grobdaten durch eine Synchronisierschaltung mit Hilfe der Feindaten ersetzt sind.

Die erfindungsgemäße Maßnahme bietet die Möglichkeit, die Daten der Grobkodiermaßstäbe mit den Daten der Feinkodiermaßstäbe so zu synchronisieren, daß die volle Auflösunggenauigkeit und die Eindeutigkeit im Gesamt-Meßbereich gewährleistet ist. Da die Auflösung durch den Feinkodiermaßstab bestimmt wird, sind dessen Daten für die Synchronisation der Grobdaten verbindlich. Der Feinkodiermaßstab muß somit im Übergangsbereich, der mindestens auf den so doppelten Wert des Ungenauigkeitsfaktors zu bemessen ist, die Aussage liefern, zu welchem Datenwort die Grobdaten sich um plus oder minus ein Bit ändern sollen. Hierzu eignet sich als Synchronisationspunkt der Wechsel der Teilungsspur höchster Auflösung des Feinkodiermaßstabes.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das dargestellte Ausführungsbeispie! zeigt ein Blockschaltbild zur Synchronisation der Grob- und Feindaten eines Winkelkodierers.

Der Grobwinkelkodierer 2 ist direkt an der Geberwelle 1 angeflanscht, während der Feinwinkelkodierer 3 über ein Servo-Nachlaufsystem, das aus einem Synchro 4 und einem Nachlaufsystem 5 besteht, mit der Geberwelle 1 in Verbindung steht.

Die Daten desCJrobwinkelkodierers 2 sind sowohl zu einer Schaltstufe 6 als auch zu einer Schaltstufe 7 geleitet. Beide Schaltstufen sind durch eine Steuerlogik 10 umschaltbar. Die Daten des Feinwinkelkodierers 3 so sind dagegen einer Schaltstufe 8 und einer Toleranzlogik 9 zugeleitet. Die Schaltstufe 6 besHzt zwei Ausgänge, wobei die Daten des einen Ausgangs direkt zu einem Eingang einer Oderlogik 11 fließen, während die Daten des zweiten Ausgangs über einen Pufferspeieher 12, eine Addierstufe 13 und eine weitere Schaltstufe 14 zum zweiten Eingang der Oderlogik 11 gelangen. Der Ausgang der Oderiogik 11 ist mit einem Eingang eines Ausgangsspeichers 15 verbunden. Der Pufferspeicher 12, die Schaltstufe 14 und der Ausgangsspeicher 15 sind ebenfalls durch die Steuerlogik 10 umschaltbar.

Die Toleranzlogik 9, an der der Übergangsbereich der Kodiermaßstäbe einstellbar ist, liefert innerhalb des Übergangsbereiclis ein Signal der Steuerlogik 10. Diese liefert neben den bereits genannten Befehlen weitere Befehle einem Pufferspeicher i6 und der Schaltstufe 8.

Von den Daten des Feinwinkelkodierers 3 sind die Daten der Teüungsspur niedrigster Auflösung dem Pufferspeicher 16 und einer Befehlslogik 17 zugeleitet. Die Befehlslogik 17, die auch durch den Pufferspeicher 16 angesteuert wird, liefert innerhalb des Übergangsbereiches Daten an die Addierstufe 13. Die der Schaltstufe 8 zugsleiteten Daten sind einem Eingang einer weiteren Oderlogik 18 zugeleitet, der über einen zweiten Eingang Daten von der Schaltstufe 7 zuführbar sind.

Die Oderlogik 18 leitet die Daten ebenfalls dem Ausgangsspeicher 15 zu, von dem die eingegebenen Daten bei der Zuführung eines Steuerbefehls entnehmbar sind. Von den Daten des Grobwinkelkodierers sind die Daten der Spur der höchsten Auflösung einem Geschwindigkeitsdetektor 19 zugeleitet, der die Pulsfolge überwacht und bei der Überschreitung eines Grenzwertes einen Befehl der Steuerlogik 10 zuleitet

Die Synchronisation der Daten geschieht auf folgende Weise: Die Daten des Grobwinkelkodierers 2 werden der Schaltstufe 6 zugeleitet, die diese außerhalb des Übergangsbereichs sowohl dem Pufferspeicher 12 als auch der Oderlogik 11 zur Weiterleitung an den Ausgabespeicher 15 durchschaltet Die Daten des Feinwinkelkodierers 3 gelangen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Übergangsbereichs auf die Schallstufe 8, die sie über die Oderlogik 18 ebenfalls zum Ausgangsspeicher 15 durchschaltet. Sobald die Toleranzlogik 9 anspricht, werden die Pufferspeicher 12 und 16 durch die Steuerlogik 10 verriegelt. Gleichzeitig sperrt die Steuerlogik 10 die Schaltstufe 6 und öffnet die Schahstufe 14. Die in den Pufferspeichern vorliegenden Daten stehen somit zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Die Grobdaten gelangen in diesem Betriebsfall vom Pufferspeicher 12 zur Addierstufe 13, in welcher zum gespeicherten Wert Null, plus oder minus eins hinzugefügt werden kann, zur Schaltstufe 14 und weiter zur Oderlogik 11. Welcher der drei erwähnten Summanden zum Datenwort addiert werden muß, wird vom gespeicherten Bit der Teilungsspur niedrigster Auflösung des Feinwinkelkodierers 3 abgeleitet und in der Befehlslogik 17 für die Addierstufe 13 ausgewertet. Solange das gespeicherte Bit der niedrigsten Auslösungsspur des Feinwinkelkodierers mit dem »Ist«-Bit der gleichen Spur übereinstimmt, entsprechen die gespeicherten Grobdaten dem Sollwert, so daß die Grobdaten durch Addieren von Null unverändert über die durch die Steuerlogik 10 durchgeschaltete Schaltstufe 14 zur Oderlogik 11 gelangen, die sie zum Ausgabespeicher 15 weiterleitet. Beim Übergang des »Ist«-Bit (Ist-Bit = augenblicklich anstehendes Bit der niedrigsten Auflösungsspur des Feinwinkelkodierers 3) von Null nach 360 Grad bzw. von 360 Grad nach Null wird durch Vergleich mit dem gespeicherten Bit der niedrigsten Auflösungsspur des Feinwinkelkodierers (Pufferspeicher 16) die Drehrichtung der Feinwelle festgelegt, die zwischen dem Feinwinkelkodierer 3 und dem Nachlaufsystem 5 vorgesehen ist. Hiermit wird die Entscheidung festgelegt, ob zum gespeicherten Grobdatenwert plus 1, minus 1 oder Null hinzugefügt werden muß.

Die Addierentscheidung ist somit mit höchstmöglicher Präzision sichergestellt. Der Datenfluß der Feindaten gelangt — im Gegensatz zu den der Grobdaten — immer direkt zum Ausgabespeicher 15. Im Ausgabespeicher ist ein Zusatzbit vorgesehen, in das zur Kontrolle der Betriebsfälle innerhalb oder außerhalb des Übergangsbereichs eingeschrieben wird. Verlassen die abgetasteten Daten den Obergangsbereich, so werden die Grobdaten wieder direkt über die Schahstufe 6 und die Oderiogik i i zum Ausgangsspei-

eher 15 geleitet. Die dem Ausgangsspeicher 15 zugeleiteten Daten können bei der Zuführung eines Steuerbefehls entnommen werden.

Bei Servu-Nachlaufsleuerungen kommt es häufig vor, dab ζ. B. nach Eingangssprungfunktionen die Geberwellen mit höchstmöglicher Geschwindigkeit auf den neuen Sollwert einlaufen. Wenn die elektrisch angekoppelten Grob-ZFeinwellen-Nachlaufsysteme mit entsprechend der Geberwelle behafteten Zeitkonstanten versehen sind, go kann infolge der Übersetzung das Feinwellen-Nachlaufsystem der Geberwelle nicht mehr folgen, so daß es mehr oder weniger zu pendeln beginnt. Its diesem Betriebsfall sind die abgegebenen Daten des Feinwinkelkodierers unbrauchbar. Sollte in diesem Betriebsfall aber ein Bedarf nach echten Daten in der Einlaufphase bestehen, so können diese bei verminderter Auflösung vom Grobwinkelkodierer entnommen werden. Sollten die Feinspuren des Grobwinkelkodierers nicht voll ausgenutzt sein, so können sie für diesen Betriebsfall ausgenutzt werden. Zur Bestimmung dieses Betriebsfalles dient der Geschwindigkeitsdetektor 19, dem die Daten von der Teilungsspur mit dem höchsten Auflösungsgrad des Grobwinkelkodierers zugeleitet sind. Dieser Geschwindigkeitsdetektor ist so eingestellt, daß er dann einen Steuerbefehl abgibt, wenn die Pulsfolge der ihm zugeführten Daten eine Grenzfrequenz überschreitet. Diese Grenzfrequenz isi auf einen Wert festgelegt, unterhalb dessen die Nachführung der Feinweile gesichert ist. Der Steuerbefehl des Geschwindigkeitsdetektors 19 steuert die Steuerlogik 10 derart an. daß diese einerseits die Schaltstufe 8 zur Sperrung

lu der Feindaten umschaltet und andererseits die Schaltstufen 6 und 7 derart ansteuert, daß die Grobdaten über die Schaiisiüfe 7 auf die Odcnogik to und weiter zum Ausgangsspeicher 15 gelangen. Auch hierbei registriert ein zur information hinzugefügtes Bit den Betriebsfall.

is Die erfindungsgemäße Anordnung, die sich nicht nur auf den Winkelkodierer, sondern auch auf lineare Maßstäbe anwenden läßt, bietet den großen Vorteil, mit Hilfe der relativ einfachen elektronischen Schaltung Grob-/Feininformation so zu synchronisieren, daß innerhalb des gesamten Meßbereichs die volle Auflösungsgenauigkeit gewährleistet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung synchroner digitaler Daten von getrennten Kodiermaßstäben grober und feiner Teilungsspuren, von denen jeweils mindestens zwei gleicher Teilungsspuren hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß beim Obergang von einem auf einen nachfolgenden Kodiermaßstab (2, 3) innerhalb eines einstellbaren symmetrisch zur ic Stoßstelle liegenden Bereichs der Datenfluß der Grobkodiermaßstäbe (2) unterbrochen ist und daß die innerhalb dieses Obergangsbereiches fehlenden Grobdaten durch eine Synchronisierschaltung (20) mit Hilfe der Feindaten ersetzt sind. ι s

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Obergangsbereiches mindestens auf den doppelten Wert des Ungenauigkeitsfaktors der Kodiermaßstäbe eingestellt ist und daß das höchstwertigste Bit des Fcinspurkodierers beim Übergang das Kriterium für die Synchronisation der Daten liefert

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für Winkelkodierer, bei denen mindestens der Feinwinkelkodierer über ein Servo-Nachlaufsystem entsprechender Obersetzung mit einer Geberwelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang Null/360 Grad der Winkelkodierer (2, 3) die Stoßstellen der Kodiermaßstäbe bildet und daß die Breite des Übergangsbereiches des Grobwinkelkodierers (2) durch den Schlupf des Servo-Nachlaufsystems (4,5) bestimmt ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Daten der Winkelkodierer (2, 3) über je eine Schaitstufe (6, 8) sowie je eine Oderlogikschaltung (11, 18) einem Ausgangsspeicher (15) zugeleitet sind, der die synchronisierten Daten bei Zuführung eines Steuerbefehls ausgibt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Daten des Feinwinkelkodierers (3) zur Bestimmung des Übergangsbereiches gleichzeitig einer Toleranzlogik (9) zugeleitet sind, die innerhalb dieses Bereichs eine Steuerlogik (10) zur Umschaltung des Grobdatenflusses ansteuert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik (10) innerhalb des Übergangsbereiches die Schaltstufe (6) derart ^r>o umschaltet, daß die Grobdaten über einen Pufferspeicher (12) zu einer Addierstufe (13) gelangen, der zum Ausgleich der Grobdaten von einer Befehlslogik (17) Korrekturdaten zugeleitet sind und daß die korrigierten Grobdaten von der Addierstufe (13) über eine weitere, durch die Steuerlogik (10) angesteuerte Schaltstufe (14) und die zugeordnete Oderlogik (11) zum Ausgangsspeicher (15) gelangen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das höchstwertigste Bit der <>o Feindaten der Befehlslogik (17) und einem Pufferspeicher (16) zur Speicherung zugeleitet ist und daß der Pufferspeicher (16), der durch die Steuerlogik (10) verriegelbar ist, die gespeicherten Daten zum Vergleich der Befehlslogik (17) zuleitet

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Daten des Grobwinkelkodierers (2) insbesondere das niederwertigste Bit einem Geschwindigkeitsdetektor (19) zugeleitet sind, der die Palsfolge überwacht und bei der Überschreitung eines Grenzwertes einen Befehl der Steuerlogik (10) zuführt die einerseits die Schaltstufe (8) zur Unterbrechung des Feindatenflusses sperrt und andererseits eine weitere Schaltstufe (7) zur direkten Durchschaltung der Grobdaten ansteuert