DE2160247A1

DE2160247A1 - Anordnung zur Zählung vorzeichenbehafteter Impulse

Info

Publication number: DE2160247A1
Application number: DE19712160247
Authority: DE
Inventors: Leif Västeraas Danielsen (Schweden). P
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1970-12-07
Filing date: 1971-12-04
Publication date: 1972-06-22
Also published as: GB1363300A; FR2117473A5; DE2160247B2; SE358272B; ATA1049871A; BE776377A; CA921131A; NL7116673A

Description

DIPL.-ING. HELMUT MISSLING es giessen, 3.12.1971

DIPL.-ING. RICHARD SCHLEE b,_Smarckstras_SE «3

TELEFON: CO β HI) T31SO

PATENTANWÄLTE

Boe/Sn 10.9i?5

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeras /Schweden

Anordnung zur Zählung vorzeichenbehafteter

Impulse

Die vorliegende .Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Zählung von Impulsen, denen ein Vorzeichen zugeordnet ist. Die Impulse werden von einem Umkehrzähler gezählt, d.h. einem Zähler, der vorwärts und rückwärts zählt.

Zur Bestimmung der Lage eines beweglichen Teiles, z.B. der Winkellage einer rotierenden Welle oder der Lage eines linear verschiebbaren Maschinenteiles, ist es bekannt, den beweglichen Teil an einen Impulsgeber anzuschließen, der Impulse an einen Umkehrzähler gibt. Der Impulsgeber ist so angeordnet, daß jeder abgegebene Impuls einer bestimmten Wegstrecke des beweglichen Teiles entspricht. Die Anzahl gezählter Impulse ist somit ein Maß für den insgesamt durchlaufenen Weg des betreffenden Teiles, d.h. der Lage des Teiles im Verhältnis zu einer Bezugsposition, üs ist bekannt, den Impulsgeber so auszuführen, daß er zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen mit derselben Frequenz erzeugt, wobei die Phasenverschiebung mit der Bewegungs-

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richtung das Vorzeichen wechselt. Hierdurch ist es möglich, die Bewegungsrichtung zu erfassen. Bei diesen bekannten Anordnungen werden z.B. die Vorderflanken der Impulse der einen impulsfolge abgetastet und bei jeder Vorderflanke wird dem Zähler ein Impuls zugeführt. Die Wertigkeit (L oder O) des Signals der zweiten Impulsfolge im Augenblick der Abtastung einer Vorderflanke der ersten Impulsfolge ergibt eine Größe für die Bewegungsrichtung. Diese beeinflußt den Zähler däin, daß bei einem zugeführten Impuls in Abhängigkeit der Bewegungs- f richtung entweder eine Einheit zum Zählerinhalt addiert oder von diesem subtrahiert wird. Hierdurch bildet der Zählerinhalt theoretisch auch bei beliebig variierender Bewegungsrichtung immer ein Maß für die Lage des beweglichen Teiles.

Diese bereits bekannten Systeme sind jedoch sehr empfindlich gegen Störungen. Kurze Störimpulse können leicht in die Signalleitungen kommen, z.B. durch induktive Kopplung, und die Vorderflanken dieser Störimpulse verursachen an den Zähler gelangende Impulse« Nach und nach können diese Impulse durch Summation einen großen Fehler im Zähler verursachen, dessen Inhalt also wesentlich von dem Wert abweichen kann, der der wirklichen Lage des beweglichen Teiles entspricht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Störanfälligkeit der bekannten Zähler wesentlich zu vermindern.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Anordnung zur Eingabe von Impulsen von einem Impulsgeber in einen Umkehrzähler, wobei der Impulsgeber zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen erzeugt und das Vorzeichen der Phasenverschiebung die Zählrichtung bestimmt, vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die eine Impulsfolge dem Eingang der ersten Stufte eines ersten Speichergliedes zugeführt wird, während die andere Impulsfolge dem Eingang der ersten Stufe eines zweiten Speichergliedes zugeführt wird, daß ein Taktimpulsgenerator eine erste Taktimpulsfolge erzeugt, die bei jedem Taktimpuls in die ersten Stufen die an ihren Eingängen anstehenden Signale einspeichert und die in diesen Stufen bereits gespeicherten Werte an die zweiten Stufen weitergibt, und daß logische Schaltelemente vorgesehen sind, denen die in den genannten Speicherkreisen enthaltenen Informationen zugeführt werden und die in Abhängigkeit von diesen Informationen dem Zähler Zählimpulse zur Änderung des Zählerinhaltes und Signale über die Richtung der Zählung zuführen.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:

Fig. 1 zeigt die Schaltung einer Anordnung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einige der in der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Impulsfolgen.

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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines in der Anordnung verwendeten Impulsgebers.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 betrifft beispielsweise die Messung der Winkellage einer Welle. Deren Rotation beeinflußt einen noch zu beschreibenden Impulsgeber RPG mit zwei Ausgängen A und B, Von denen bei Rotation der Welle in der einen Richtung die in Fig. 2 gezeigten Impulsfolgen abgegeben werden. Wie ersichtlich, eilt die Impulsfolge B der Impulsfolge A um 90° in der Phase voraus. Bei dieser Bewegungsrichtung soll der Zählerinhalt zunehmen, d.h. der Zähler soll vorwärts zählen. Bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung erhält man eine entgegen? gesetzte Phasenverschiebung zwischen A und B, d.h. A liegt vor B. Der Zählerinhalt soll in diesem Fall abnehmen, d.h. der Zähler soll rückwärts zählen. Der Impulsgeber ist so augebildei^ daß dem Abstand zwischen zwei Impulsen bei A oder B ein bestimmter Rotationswinkel der Welle anspricht.

Das Signal A wird einem als Speicher dienendem Schieberegister zugeführt, das aus den bistabilen Kippschaltungen V1 und V2 besteht. Die Kippschaltungen haben einen Meßimpulseingang D und einen Taktimpulseingang CP. Bei Signal am Taktgeberimpulseingang wird die Kippschaltung in die Stellung gebracht, die dem in diesem Augenblick am Eingang D herrschenden Signal entspricht. Die Kippschaltung V2 wird daher immer die Stellung einnehmen, die V1 bei dem vorhergehenden Taktimpuls hatte. Das Ausgangssignal einer Kippschaltung erhält man am Ausgang Q und

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dessen negierten Wert am Ausgang (L Die Stellung der Kippschaltung V1 wird mit A¹ und die von V2 mit A" bezeichnet.

Das Signal B wird einem identischen Schieberegister V3-V4 zugeführt, das die Ausgangssignale B¹ und B" sowie deren negierten Werte gibt.

Ein Taktimpulsgenerator CPG gibt Taktimpulse C1 an die Schieberegister mit einer Frequenz, die so-gewählt ist, daß auch bei der höchsten vorkommenden Rotationsgeschwindigkeit immer mindestens ein Taktimpuls zwischen jeder Änderung von A oder B erzeugt wird. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Fall soll also die Taktimpulsfrequenz mindestens viermal so groß sein wie die Frequenz der Impulsfolgen A und B. Zweckmäßigerweise legt man

bedeutend
jedoch die Taktimpulsfrequenz/höher als auf diesen Minimalwert.

Der Taktimpulsgenerator erzeugt eine zweite Impulsfolge C2 mit derselben Frequenz wie C1, aber im Verhältnis zu dieser phasenverschoben. Die Impulsfolge C2 wird den UND-Gliedern Ub und N6 zugeleitet, deren Funktion nachfolgend erläutert wird.

Die'UND-Glieder U1-U4 geben Ausgangssignale bei den Änderungen von A und B, die bei der in Fig. 2 gezeigten Phasenverschiebung vorkommen. Der Kreis U1 gibt somit ein Ausgangssignal, wenn A von O auf L geht und B=L ist, d.h. wenn A'=L, A"=O,. B*=L ist. Bei jeder Änderung von A oder B erhält man ein Ausgangssignal von

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einem der Kreise U1-U4, und über das ODER-Glied U5 wird ein Signal an den Eingang RU des Zählers R gegeben, das den Zähler vorwärts zahlen läßt.

Einige Zeit nachdem die Schieberegister durch einen Impuls C1 umgestellt worden sind, wird den UND-Gliedern Ub und N6 von dem Taktimpulsgenerator ein Impuls C2 zugeleitet. Wenn ein Ausgangs signal vom ODER-Glied U5 vorliegt, bekommt der Zählereingang RP des Zählers R einen Zählimpuls über das ODER-Glied O und der Zähler erhöht seinen Inhalt um eine Einheit.

Ist zwischen zwei Impulsen der Impulsfolge C1 keine Veränderung in A oder B eingetreten, wird A^A" und Β*=Β" und keines der UND-Glieder U1-U4 oder N1-N4 gibt ein Ausgangssignal ab.

Rotiert die Welle in entgegengesetzter Richtung als in Fig. gezeigt, so erhält man das entgegengesetzte Vorzeichen für die Phasenverschiebung zwischen A und B. Dabei wird z.B. A von L auf O gehen, wenn B=L ist, so daß A'=O, A"=L, B'=L wird, und man erhält ein Ausgangssignal vom UND-Glied N1. Bei jeder Änderung von A oder B bei dieser Rotationsrichtung erhält man ein Ausgangssignal von einem der UND-Glieder N1-N4 und über das ODER-Glied N!? ein Signal an den Eingang RN des Zählers R, das den Zähler rückwärts zählen läßt, d.h. seinen Inhalt um je eine Einheit verringert für jeden Zählimpuls, den C2 über Nb undO an den Zählereingang RP gibt.

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Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, beeinflussen die Eingangssignale A und B die Lage der Kippschalter V1-V4 nur
während der Taktimpulse C1, die sehr kurz gehalten v/erden können. Störungen in A und B, die zwischen den Taktimpulsen C1 eintreffen, beeinflussen daher nicht die Kippschalter und somit auch nicht den Zähler. Sollte in einem der Eingangssignale A oder B gleichzeitig mit einem Impuls C1 eine Störung auftreten, so hat dies nur den Effekt, daß der Zähler eine Einheit in einer Richtung weitergeht und bei dem nächsten Taktimpuls, vorausgesetzt, daß die Störung dann behoben ist, wieder eine Einheit zurückgeht. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist deshalb sehr unempfindlich gegen Störungen in den EingangsSignalen.

Der Taktimpulsgenerator CPG kann aus zwei Impulsgeneratoren bestehen, die so miteinander verbunden sind, daß die Impulse C2 des einen immer in die Zwischenräume zwischen die Impulse C1 des anderen fallen. Alternativ kann man die Impulse C2 über
ein Verzögerungsglied aus den Impulsen C1 erhalten. Eine dritte Möglichkeit ist, daß den Kreisen U6 und Nb die Impulsfolge
C1 zugeführt wird, wonach die Zählimpulse dem Eingang RP des Zählers über ein Verzögerungsglied zugeleitet werden.

Anstelle des gezeigten Zählers kann ein Zähler mit zwei Eingängen verwendet werden, wobei der Zähler bei jedem Impuls, der dem einen Eingang zugeführt wird, eine Einheit vorwärts zählt,
während er bei jedem Impuls, der dem anderen Eingang zugeführt

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wird, eine Einheit zurückgeht. In diesem Fall kann das ODER-Glied O entfallen und die Impulse von U6 und N6 können den betreffenden Eingängen direkt zugeleitet werden.

Die beschriebene Anordnung gibt vier Impulse RP an den Zähler für jedes Intervall der Impulsfolge A oder B. Eine Anordnung, die nur zwei Impulse pro Intervall gibt, erhält man, wenn zwei der UND-Glieder U1-U4 und zwei der UND-Glieder N1-N4 weggelassen werden. Will man, daß die Zählimpulse sowohl für "vorwärts" wie "rückwärts" bei derselben Lage des Impulsgebers erzeugt werden sollen, muß die Anordnung beim Zählen in der einen Richtung auf die Vorderflankender Impulse A und B ansprechen und beim Zählen in der anderen Richtung auf die hinteren Flanken der Impulse A und B. Somit können z.B. U2, U3> N2, N3 oder alternativ TJi, u4, N1, N4 entfallen.

lins va-tere Möglichkeit, die halbe Anzahl von Zählimpulsen im Vergleich mit dem in Fig. 1-2 gezeigten System zu erhalten, liegt darin_f daß nur die Änderungen in einem der beiden einkommenden Impulsfolgen, z.B. A, abgetastet werden. Hierbei verwendet man nur vier UND-Glieder, nämlich U1, U3, N1, N3j die übrigen vier können entfallen.

Ein System, das zu einer nochmals halbierten Zählimpulsfrequenz führt, erhält man, wenn nur jede zweite Änderung des einen einkommenden Signals abgetastet wird, z.B. die Vorderflanken beim

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Vorwärtszählen und die hinteren Planken "beim Rückwärtszählen oder umgekehrt. Wenn z.B. das Signal A abgetastet wird, können alle UND-Glieder außer U1 und N1 entfallen. Alternativ können natürlich U3 und N3 verwendet werden.

Pig. 3 zeigt eine an sich bekannte Ausführung des Impulsgebers RPG in Fig. 1. Eine Scheibe 1 ist auf einer Welle 2 angeordnet, deren gesamter durchlaufener Rotationswinkel von dem Zähler R in Fig. 1 gemessen werden soll. Die Scheibe ist mit zwei konzentrischen Schlitzen 12 und 13 versehen, die denselben Abstand vom Zentrum der Scheibe und einen Zentrumwinkel von 90° haben. Weiter innen liegen zwei weitere Schlitze 14 und 1i>, die ebenfalls konzentrisch und mit 90° Zentrumwinkel angeordnet sind. Die Schlitze 14 und 1t> sind gegenüber den Schlitzen 12 und 13 um 4^° verschoben.

Die eine Seite der Scheibe wird über die Linse 5 von der Lichtquelle 3 beleuchtet, die von der Spannungsquelle 4 gespeist wird. Auf der entgegengesetzten Seite sind die lichtempfindlichen Elemente b und 7 fest angeordnet. Diese Elemente können z.B. aus Fotowiderständen, Fotodioden oder Fototransistoren bestehen und an die Verstärker 8 und 9 angeschlossen sein. Wenn die Scheibe rotiert, werden die Elemente 6 und 7 abwechselnd beleuchtet bzw· nicht beleuchtet und an den Ausgängen der Verstärker ö und 9 erhält man die in Fig. 1 und 2 gezeigten Impulsfolgen A und B. Rotiert die Scheibe in Pfeilrichtung, so erhält man die in Fig. 2 gezeigte Phasenverschiebung. Beim Rotieren in

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entgegengesetzter Richtung bekommt die Phasenverschiebung das entgegengesetzte Vorzeichen.

Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, ist die Anordnung gemäß der Erfindung sehr unempfindlich gegen Störungen, da nur die Störungen, die zufällig gleichzeitig mit den Taktimpulsen C1 eintreffen, den Zähler beeinflussen können, Im allgemeinen verursachen auch diese Störungen nichts weiter, als daß der Zähler zunächst eine Einheit in der einen oder anderen Richtung weitergeht und danach wieder um eine Einheit zurückgeht, so daß keine anwachsenden Fehler entstehen könrei.

Da die Zeitpunkte, zu denen der Zählerinhalt sich ändern kann (Taktimpulse C2) bekannt sind, wird das Ablesen des Zählers zu z.B. einem Prozeßrechner erleichtert.

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Claims

Patentansprüche:

ι iJ Anordnung zur Eingabe von Impulsen von einem Impulsgeber in einen Umkehrzähler, wobei der Impulsgeber zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen erzeugt und das Vorzeichen der Phasenverschiebung die Zählrichtung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Impulsfolge (A) dem Eingang (d| der ersten Stufe (V1) eines ersten Speichergliedes (¥1, ¥2) zugeführt -wird, während die andere Impulsfolge (B) dem Eingang (D) der ersten Stufe (¥3) eines zweiten Speichergliedes (¥3, ¥4) zugeführt wird, daß ein Taktimpulsgenerator (CPG) eine erste Taktimpulsfolge (C1) erzeugt, die bei jedem Taktimpuls in die ersten Stuften (¥1, ¥3) die an ihren Eingängen (D) anstehenden Signale einspeichert und die in diesen Stufen bereits gespeicherten Werte an die zweiten Stufen (¥2, ¥4) weitergibt, und daß logische Schaltelemente vorgesehen sind, denen die in den genannten Speicherkreisen enthaltenen Informationen zugeführt werden und die in Abhängigkeit von diesen Informationen dem Zähler (R) Zählimpulse (RP) zur Änderung des Zählerinhaltes und Signale (RU, RN) über die Richtung der Zählung zuführen.

2« Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulsgenerator (CPG) eine zweite Taktimpulsfolge (C2) erzeugt, die die gleiche Frequenz wie die erste hat, aber gegen diese phasenverschoben ist, und die zweite Taktimpulsfolge (C2) einem Schaltkreis (U6, N6, Ο) zugeführt wird, der in Abhängig-

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keit von den Impulsen dieser Taktimpulsfolge dem Zähler (R) die von den logischen Schaltelementen stammenden Impulse zur Änderung des Zählerinhalts zuführt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten logischen Schaltelemente Kreise zum Vergleichen der in der ersten und zweiten Stufe eines Speichergliedes enthaltenen Informationen bilden, welche Kreise ein Signal zur Änderung des Zählerinhaltes geben, wenn in den genannten Stufen W verschiedene Informationen gespeichert sind.

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