DE2365034B2

DE2365034B2 - METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A SWITCHING PULSE

Info

Publication number: DE2365034B2
Application number: DE19732365034
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr.-Ing. 6551 Hackenheim; Passenheim Reinhold; Seidel Peter; 7920 Heidenheim Hohberg
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1973-12-28
Publication date: 1976-05-20
Also published as: DE2365034A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Schaltimpulses, der exakt einer vorbestimmten Position eines mittels eines Schrittmotors angetriebenen Systems entspricht.The present invention relates to a method and an apparatus for producing a Switching pulse that corresponds exactly to a predetermined position of a system driven by a stepper motor is equivalent to.

Bei automatisch oder teilautomatisch betriebenen mechanischen Systemen liegt häufig die Aufgabe vor, in vorbestimmten Positionen Schalter zu betätigen, um z. B. den Antriebsmotor abzuschalten, seine Drehrichtung umzukehren oder um sonstige Vorgänge auszulösen. Es ist bekannt, zur Lösung dieser Aufgabe mit dem System Schalter zu koppeln, die als mechanische Kontaktgeber, elektromagnetische oder optische Positionsgeber ausgebildet sein können. Wenn die Schaltpositionen sehr genau eingehalten werden sollen, dann müssen nicht nur die Schalter genügend genau arbeiten, sondern es ist auch erforderlich, daß der AntriebIn the case of automatically or semi-automatically operated mechanical systems, the task is often in to operate predetermined positions switch to e.g. B. switch off the drive motor, its direction of rotation to reverse or to trigger other processes. It is known to solve this problem with the System switches to couple, acting as mechanical contactors, electromagnetic or optical position sensors can be formed. If the switching positions are to be adhered to very precisely, then not only must the switch work with sufficient accuracy, but it is also necessary that the drive

entsprechend genau auf das Schaltsignal reagiert.responds precisely to the switching signal.

Besondere Probleme treten auf, wenn der Antrieb des Svstems durch einen Schrittmotor erfolgt. Schrittmotoren können im dynamischen Betrieb je nach Schrittfrequenz. Erregerspannung und Last hinler ihrer Sollstellung zurückbleiben oder durch Uberschwingen vorauseilen In diesen Fällen werden mechanisch mit dem Svstem gekoppelte Schalter zu spät oder zu früh betätigt Nach Abschalten des zum Betneb des Motors erforderlichen Schrittgenerators bewegt sich dann der Schrittmotor noch bis in seine Solistellung, die aber in dieser? Fall nicht mit der durch den Schalter gekennzeichneten Stellung übereinstimmtParticular problems arise when the system is driven by a stepper motor. Stepper motors can in dynamic operation depending on the step frequency. Excitation voltage and load beyond their target position lag behind or run ahead by overshooting. In these cases, mechanically with the Switches coupled to the system operated too late or too early After switching off the to operate the engine required step generator then moves Stepper motor still in its solo position, but which in this one? Don't fall with the one by the switch marked position

Dieser Fehler macht sich besonders dann gravierend _bem»rkbar, wenn er bei mehrmaligem Durchlauf akkumulativ wirkt Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein zweites System, das von einem weiteren Schrittmotor angetrieben wird, mit dem ersten System nur über die vom Schrittgenerator gelieferten Impulse gekoppelt istThis error becomes particularly serious _bem "rkbar when acting accumulatively at repeated passage which is for example the case when a second system which is driven by a further stepper motor coupled to the first system only supplied by the step generator pulses is

Will man positionsgenau schalten, so erfordert diese Aufgabe eine sehr hohe Präzision des Schalters, die ein mit einem Schrittmotor angetriebenes Gerät ganz erheblich verteuern würde. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche keines großen Geräteaufwandes bedürfen.If you want to switch to the exact position, this is required Task a very high precision of the switch that a stepper motor driven device entirely would make it considerably more expensive. The present invention is now based on the object of a method and a To create device of the type mentioned, which do not require a large amount of equipment.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vom angetriebenen System ein der Ist-Position entsprechender Taktimpuls und von der Ansteuerung des Schrittmotors ein der Soll-Position entsprechender Steuerimpuls erzeugt wird und daß nur bei gleichzeitigem Auftreten diese beiden Impulse zum Schaltimpuls verknüpft werden.This object is achieved according to the invention in that one of the actual position of the driven system corresponding clock pulse and from the control of the stepper motor a corresponding to the target position Control pulse is generated and that only when these two pulses occur at the same time to the switching pulse linked.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Dauer der Taktimpulse der maximalen Soll-lst-Abweichung des Systems entspricht, jedoch kleiner ist als der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Steuerimpulse. In diesem Fall ist erreicht, daß der resultierende Schaltimpuls rein elektronisch festgelegt ist und nicht mehr vom dynamischen Verhalten des Schrittmotors und der Mechanik abhängt. Zugleich ist vermieden, daß durch die Periodizität der zur Ansteuerung des Schrittmotors dienenden Signale Mehrdeutigkeiten auftreten.It is advantageous if the duration of the Clock pulse corresponds to the maximum target / actual deviation of the system, but is smaller than the time Distance between two consecutive control pulses. In this case it is achieved that the resulting switching pulse is determined purely electronically and no longer from the dynamic behavior of the stepper motor and the Mechanics depends. At the same time it is avoided that due to the periodicity of the control of the stepping motor serving signals ambiguities occur.

1st zwischen dem Schrittmotor und dem angetriebenen System ein Getriebe angeordnet, so ist es vorteilhaft, das neue Verfahren so auszubilden, daß das System einen Codierimpuls erzeugt, dessen Dauer größer ist als die Dauer eines von der Antriebsachse des !Schrittmotors erzeugten Taktimpulses, und daß nur bei gleichzeitigem Auftreten eines Codier-, eines Takt- und eines Steuerimpulses ein Schaltimpuls erzeugt wird. Dieser Schaltimpuls wird hier durch eine logische UND-Verknüpfung von drei Impulsen gewonnen. Der Codierimpuls liefert einen ungefähren Wert für die Schaltposition. Eine genauere, aber mehrdeutige, weil bei jeder Achsumdrehung sich wiederholende Positionsangabe wird durch den Taktimpuls gegeben. Die Verknüpfung dieser beiden Impulse liefert die Ist-Position. Die genaue Position, in der der Schaltimpuls schließlich erzeugt wird, wird dann in der schon beschriebenen Weise durch Verknüpfung der die Ist-Position festlegenden Impulse und des die Soll-Position festlegenden Steuerimpulses gewonnen.If a gear is placed between the stepper motor and the driven system, so it is advantageous to design the new method so that the system generates a coding pulse whose duration is greater than the duration of a clock pulse generated by the drive shaft of the stepper motor, and that only for simultaneous occurrence of a coding, a clock and a control pulse, a switching pulse is generated. This switching pulse is obtained here by a logical AND operation of three pulses. Of the Coding pulse provides an approximate value for the switching position. A more precise but ambiguous because Position information that is repeated with every axis revolution is given by the clock pulse. the Combination of these two impulses provides the actual position. The exact position in which the switching pulse is finally generated, is then in the manner already described by linking the Actual position defining pulses and the target position defining control pulse obtained.

Zweckmäßige Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind in Unteransprüchen genannt.Appropriate devices for carrying out this method are mentioned in the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert. In diesen FigurenThe invention is illustrated below with reference to FIGS. 1 and 2 of the drawing explained in more detail. In these figures

»t ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, each dem neuen Verfahren arbeitenden Vorrichtung gezeichnet Im einzelnen zeigt»T an embodiment of an inventive, each device operating according to the new method is shown in detail

Fig. 1 eine Vorrichtung, bei welcher zur Erzeugung des Schaltimpuises ein Codier-, ein Takt- und ein Steuerimpuls verwendet ist;Fig. 1 shows a device in which to generate the switching pulse, a coding, a clock and a Control pulse is used;

F i g. 2 den Impulsplan zu der Vorrichtung nach Fig. 1-F i g. 2 shows the pulse plan for the device according to Fig. 1-

In Fig. 1 ist mit 1 ein Schrittmotor bezeichnet, dem fiber die Leitungen 2 von der elektronischen Ansteu^r- to schaltung 3 fortlaufend die zum Betrieb des Motors Botwendigen i.iipulse zugeführt werden. Die Ansteuerschaltung 3 gehört zum Stand der Technik, es soll deshalb auf ihre Ausbildung hier nic!it näher eingegangen werden.In Fig. 1, 1 denotes a stepper motor, the via the lines 2 from the electronic control ^ r- to circuit 3 continuously the i.iipulse needed to operate the engine. The control circuit 3 belongs to the state of the art, so your training should not be discussed in more detail here will.

Der Schrittmotor 1 kann beispielsweise als Achtphasenmotor ausgebildet sein, dessen Wicklungen über die acht Leitungen 2 nacheinander Betriebsimpulse empfangen. Nach Durchlauf von jeweils acht Betriebsimpulien gibt die Ansteuerschaltung 3 über die Leitung 5 einen Steuerimpuls ab, der einer elektronischen Verknüpfungsschaltung 19 zugeführt wird, die hier als NAND-Gatter dargestellt ist. Die über die Leitung 5 laufenden Steuerimpulse sind in F i g. 2 mit 22 bezeichnet.The stepper motor 1 can for example be designed as an eight-phase motor, the windings of which over the eight lines 2 successively received operating pulses. After each eight operating impulses the control circuit 3 emits a control pulse via the line 5, which is an electronic Gating circuit 19 is supplied, which is shown here as a NAND gate. The over line 5 ongoing control pulses are shown in FIG. 2 denoted by 22.

Auf der Achse 6 des Schrittmotors 1 ist eine Scheibe 7 angeordnet, welche eine schlitzförmige Aussparung 8 aufweist. Durch diese Aussparung fällt einmal pro Motorumdrehung Licht von einer Glühlampe 9 auf einen photoelektrischen Empfänger 10 und erzeugt einen Taktimpuls, der über die Leitung 11 der Verknüpfungsschaltung 19 zugeführt wird. Die über die Leitung 11 laufenden Taktimpulse sind in F i g. 2 mit 23 bezeichnet. Jeder Taktimpuls 23 entspricht der 1st-Position der Motorachse 6 bei jedem Umlauf.A disk 7 is arranged on the axis 6 of the stepping motor 1 and has a slot-shaped recess 8 having. Light from an incandescent lamp 9 falls through this recess once per revolution of the motor a photoelectric receiver 10 and generates a clock pulse which is transmitted via line 11 of the Logic circuit 19 is supplied. The clock pulses running on line 11 are shown in FIG. 2 with 23 designated. Each clock pulse 23 corresponds to the 1st position of the motor axis 6 with each revolution.

Mit der Motorachse 6 ist ein Getriebe 12 verbunden, das beispielsweise ein Untersetzungsverhältnis von 320 :1 aufweist. Adf der Achse 25 des Getriebes 12 ist eine Isolierscheibe 13 befestigt, weiche mit einer Kontaktfeder 14 verbunden ist. Dieser Kontaktfeder wird über eine Leitung 17 eine Spannung zugeführt. Gegenüber der Isolierscheibe 13 befindet sich eine Codierscheibe 15, welche einen Kontakt 16 trägt. Die Verhältnisse sind im dargestellten Beispiel so gewählt, daß die Kontaktfeder 14 den Kontakt 16 nach 250 Umdrehungen des Schrittmotors 1 berührt. Sobald dies eintritt, gelangt von der Leitung 17 eine Spannung über die Kontaktfeder 14 und den Kontakt 16 auf die Leitung 18. Die über diese Leitung laufenden Codierimpulse sind in F i g. 2 mit 24 bezeichnet.A transmission 12 is connected to the motor axis 6, which has a reduction ratio of, for example 320: 1. Adf of the axis 25 of the transmission 12, an insulating washer 13 is attached, soft with a Contact spring 14 is connected. A voltage is fed to this contact spring via a line 17. A coding disk 15, which carries a contact 16, is located opposite the insulating disk 13. the In the example shown, ratios are chosen so that the contact spring 14 follows the contact 16 250 revolutions of the stepper motor 1 touched. As soon as this occurs, a voltage is applied from line 17 via the contact spring 14 and the contact 16 to the line 18. The coding pulses running over this line are in Fig. 2 denoted by 24.

Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, wird immer dann ein Schaltimpuls 21 erzeugt, wenn sich die Impulse 22, 23 und 24 überlappen. Sobald dies der Fall ist, erzeugt die Verknüpfungsschaltung 19, hier ein NAND-Gatter, einen Schaltimpuls 21, welcher an der Ausgangsleitung 20 zur Verfügung steht. Der Schaltimpuls 21 kann iür eine Schaltaufgabe verwendet werden, welche beispielsweise darin bestehen kann, den Schrittmotor 1 positionsgenau abzuschalten oder die Bewegung eines Geräteteiles auszulösen.As shown in FIG. 2 can be seen, a switching pulse 21 is always generated when the pulses 22, 23 and 24 overlap. As soon as this is the case, the logic circuit 19, here a NAND gate, a switching pulse 21 which is available on the output line 20. The switching pulse 21 can iür a switching task can be used, which can for example consist of the stepping motor 1 switch off at the exact position or trigger the movement of a device part.

Aus F i g. 2 ist zu erkennen, welche Bedingungen an die Breite der verschiedenen, dem NAND-Gatter zugeführten Impulse zu stellen sind, um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden. Man erkennt, daß die Breite der Impulse 23 größer als die Breite eines SteuerimpulsesFrom Fig. 2 it can be seen which conditions apply to the width of the different, the NAND gate supplied impulses are to be provided in order to avoid ambiguity. You can see that the width of the Pulses 23 larger than the width of a control pulse

22, aber kleiner als der Abstand zweier aufeinanderfolgender Steuerimpulse 22 sein muß. Die Dauer dieser Taktimpulse 23 und die Impulsfolge 22 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Dauer der Taktimpulse 23 der maximalen Soll-Ist-Abweichung des vom Motor 1 angegebenen Systems entspricht, jedoch kleiner ist als der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Steuerimpulse 22. Bei einer solchen Impulswahl ist gewährleistet, daß der Schaltimpuls 21 unabhängig von dynamischen Abweichungen des Schrittmotors, des Getriebes und der Kontaktgabe stets an einer exakt vorherbestimmten Position des Systems erzeugt wird.22, but must be smaller than the distance between two successive control pulses 22. The duration of this Clock pulses 23 and the pulse train 22 are coordinated so that the duration of the clock pulses 23 corresponds to the maximum target / actual deviation of the system specified by engine 1, but is less than the time interval between two successive control pulses 22. With such a pulse selection, is ensures that the switching pulse 21 regardless of dynamic deviations of the stepping motor, des Gear and the contact is always generated at an exactly predetermined position of the system.

Für einen Codierimpuls 24 gilt die Forderung, daß seine Breite größer sein muß als die eines TaktimpulsesThe requirement for a coding pulse 24 is that its width must be greater than that of a clock pulse

23, aber schmäler als der Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse 23.23, but narrower than the distance between two successive pulses 23.

Wie ohne weiteres einzusehen ist, lassen sich die genannten Bedingungen mit relativ geringer Präzision der in F i g. 1 dargestellten Kontakte 14,16 und Teile 7, 8,9,10 erfüllen.As can be seen without further ado, the stated conditions can be achieved with relatively low precision the in F i g. 1, contacts 14, 16 and parts 7, 8, 9, 10 shown.

Im Prinzip arbeitet die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung auch ohne den Taktgeber 7,8,9,10, wobei es jedoch dann erforderlich ist, an die Präzision der Codierscheibe 15 mit dem Kontakt 16 hohe Anforderungen zu stellen. Wird dagegen der Taktgeber verwendet, so müssen weder an die Präzision der Codierscheibe 15 noch an die Präzision des Taktgebers hohe Anforderungen gestellt werden.In principle, the device shown in Fig. 1 also works without the clock 7,8,9,10, wherein However, it is then necessary to make high demands on the precision of the coding disk 15 with the contact 16 to deliver. If, on the other hand, the clock generator is used, the precision of the Coding disk 15 still has high demands on the precision of the clock generator.

Es versteht sich von selbst, daU auf der Codierscheibe 15 auch mehrere Kontakte angebracht sein können, daß mehrere UND- oder NAND-Gatter vorgesehen sein können und daß anstelle mechanischer Kontakte auch optisch-photoelektrische oder elektromagnetische Leseeinrichtungen Verwendung finden können.It goes without saying that it is on the coding disk 15 several contacts can be attached that several AND or NAND gates are provided can and that instead of mechanical contacts also opto-photoelectric or electromagnetic reading devices Can be used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for generating a switching pulse that exactly corresponds to a predetermined position of a means corresponds to a stepper motor driven system, characterized in that from driven system a clock pulse corresponding to the actual position and from the control of the Stepping motor a control pulse corresponding to the target position is generated and that only when simultaneous occurrence of these two impulses are linked to the switching impulse.

2. The method according to claim 1, characterized in that the duration of the clock pulses corresponds to the maximum target / actual deviation of the system, however, it is smaller than the time interval between two successive control pulses.

3. The method according to claim I, with one arranged between the stepping motor and the driven system Transmission, characterized in that the system generates a coding pulse whose Duration is greater than the duration of a clock pulse generated by the drive axis of the stepper motor, and that only when a coding, a clock and a control pulse occur at the same time a switching pulse is generated.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by a electronic control (3) for the stepper motor, one per revolution of the stepper motor (1) Number of control pulses (22) generated by an encoder connected to the driven system disc (15) for generating coding pulses (24) at preselected positions and by a Electronic circuit (19) for linking control and coding pulses to form switching pulses (21).

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that that the electronic logic circuit (19) is designed as an AND or NAND gate is.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the drive axis (6) of the Stepping motor (1) revolving a clock generator (7, 8, 9, 10) for generating a clock pulse (23) per Motor rotation is provided and that this clock generator also with the logic circuit (19) is connected.