DE2641496A1 - Auswertesystem fuer einen hybrid- analog-/digitalwandler - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. C L-rt Wal lach

Dipl. -i ng. öü nth er Koch

^ Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

2 S4 1 A 98 3 Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 15. September .1976

Unser Zeichen: 15 6j?6 - Fk/ He

Ckurna Machinery Works Ltd. ITagoya /"Japan

Auswertesystcrn für einen -Hybrid-Anaiog-ZDigitalwandler

DLe Erfindung bezieht sich auf ein Auswertesystem für einen Iiybrid-Analog-/Sigitalv,-andler,_ der. zumindest zwei n-stellige Cedesoheiben, wobei η gleich oder größer als 3 ist, und η logische Schaltungen aufweist, wobei aufeinanderfolgende zv?ei AuGgangssignale der η Ausgangssignale 0, 1, 2,."..., n-1 von einer der n-stelligen Codescheibe so erzeugt werden, daß sie einander bezüglich des Drehwinkels der n-stelligen Codescheibe überlappen und wobei jede der η logischen Schaltungen die logisehe. Operation L = &· (Cr · -jt-1 + Cr · i+ 1) durchführt, worin i - 1, t und t+ 1 irgendwelche drei aufeinanderfolgende Ausgangssignale der η Ausgangssignale von einer der aufeinanderfolgenden zwei Codescheiben der zumindest zwei n-stelligen Codescheiben sind, CrI ein Übertragssignal ist, das erzeugt wird, wenn ein Signal, das in einer Gruppe von größeren Zahlenwerten von Ausgangssignalen von der niedriger bewerteten Codescheibe der beiden Codescheiben erseheint und worin CrI das invertierte Signal des Übertragssignals CrI ist, so daß jede der η logischen Schaltungen ein Signal erzeugt, das eine Stelle darstellt und ein präzises n-stelliges Signal durch die η logischen Schaltungen erzeugt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybrid-Analog-/ Digitalwandler dieser Art zu schaffen, der eine sehr hohe Genauigkeit über eine große Meßstrecke aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Dezimal-Codescheibe;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Codescheibe nach Fig. Ij

Fig. j5 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Relativdrehungs-Winkel eines beweglichen Teils und der induzierten Sekundärspannung zeigt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der logischen Schaltung;

Fig. 5 eine grafische Darstellung, die Schwingungsformen an verschiedenen Teilen der logischen Schaltung nach Fig. 4 zeigt;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Auswerteschaltung für eine Dezimal-Codescheibe;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Auswertesystems zur

Auswertung und Ablesung von 5 Dezimal-Codescheiben; .709846/0619

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Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Auswertesystems zur

Auswertung und Ablesung einer Anzahl von Dezimalcodescheiben auf Zeitteilungsbasis;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Auswertesystems zur

Auswertung und Ablesung des in der Nähe liegenden Absolutwertes eines Induktosyns;

Fig. 10 eine grafische Darstellung der Beziehungen einer Bezugsphasen-Schwingungsform, einer Rückführungs-Phasenschwingungsform und eines in der Nähe liegendenAbsolutwertes;

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des

Auswertesystems für einen Hybrid-Analog-ZDigitalkonverter, der miteinander gekoppelte Dezimalcodescheiben und einen Induktosyn einschließt;,

Fig. 12 eine grafische Darstellung von Schwingungsformen

an verschiedenen Punkten der logischen Schaltungen in einer Auswerteschaltung für eine Dezimalcodescheibe wenn, ein Induktosyn in der niedrigsten Stelle verwendet wird, xirie dies in Fig. 11 gezeigt ist;

Fig. 1> eine Tabelle, die die Beziehung zwi-schen einem

numerischen Wert, einem Multiplikationsfaktor und einem Absolutwertbereich an jeder Stelle eines Hybrid-Analog-/Digitalwandlers mit vier Dezimal-Codeschei'ben und einem Induktosyn zeigt, die miteinander gekoppelt sind;

Fig. 14 . eine grafische Darstellung, die die Abtastzeit jeder Stelle des Hybrid-Analog-ZDigitalwandlers mit vier Dezimalcodescheiben und einem Induktosyn zeigt, die miteinander gekoppelt sind;

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Fig. 15 eine grafische Darstellung von Schwingungsfornien an verschiedenen Teilen der logischen Schaltung gemäß Fig. 12 wenn die halbe Zahnteilung oder ein Millimeter einer Ziffer auf einer Dezimaleodescheibe entspricht^

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines Hybrid-Analog-/ Digitalwandlers mit einer Dezimalcodescheibeneinheit mit einer Anzahl von Dezimaleodescheiben und einem Induktosyn oder einem Magneskale-Geber, die miteinander gekoppelt sind;

Fig. 17 eine schematische Darstellung eines Hybrid-Analog -/Digitalwandlers mit vier Dezimalcodeseheiben und einem Resolver, die einstückig miteinander zusammengebaut sind, sov.-ie eine Anwendung hierfür.

Im allgemeinen kann eine Codescheibe, die den Hauptteil eines Analog-Digitalwandlers bildet, an den Grenzen zwischen benachbarten Ziffern auf der Codescheibe fehlerhaft abgelesen und ausgewertet werden. In dieser Hinsicht wurden einige Analog-/ Digital-Wandler entwickelt, wie sie beispielsweise in d er japanischen Offenlegungsschrift 992/67 und der US-Patentschrift 3 603 978 beschrieben sind und die diesen Nachteil beseitigen sollen. Im folgenden sollen Einzelheiten der in diesen Veröffentlichungen beschriebenen Analog-/Digitalwandler beschrieben werden, um den Anmeldungsgegenstand klarer verständlich zu machen.

Es sei ein Analog-/Digitalwandler zur Lieferung von 10 Stellen (Dezimal) von Signalen pro Umdrehung der Rotorwelle betrachtet werden. Wenn zwei Codescheiben verwendet v/erden und die Rotorwellen miteinander über ein Getriebeverhältnis von 10:1 miteinander gekoppelt sind, so kann die Eingangswelle 100 Stellen liefern. In diesem Fall sollte, wenn sich die Welle niedrigerer Ordnung an der Grenze zwischen "9" und "θ" befindet, die Welle

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höherer Ordnung an der Grenze zwischen benachbarten Stellen stehen und der Übergang der Welle höherer Ordnung um «ine Stelle und der übergang der Welle niedrigerer Ordnung von "9" auf "O" sollte zeitlich ander gleichen Stelle stattfinden. Es ist jedoch allgemein auf Grund der mechanischen Ungenauigkelt unmöglich, diese Koinzidenz zu erreichen und es können fehlerhafte Signale auftreten. Beispielsweise können fehlerhafte Signale wie z.B. "17", "18", "19", "io", "20", "21" bei einer Drehung der Eingangswelle auftreten. Die vorstehend genannten Veröffentlichungen beziehen sich auf Auswertesysteme, bei denen das Auftreten eines derartigen Fehlers verhindert werden soll. Das heißt, bei diesen Auswertesystemen werden Signale, die einander aufeinanderfolgend in der Drehrichtung Überlappen und die die notwendigen Stellen darstellen, abgenommen und einer logischen Schaltung zugeführt, die beispieIs- ι weise die logische Operation L » L (Cr · £-1 + Cr · so daß fehlerhafte Signale am Auftreten gehindert werden. Die vorstehend beschriebenen logischen Schaltungen sind auf das Verhindern des Auftretens derartiger fehlerhafter Signale gerichtet, so daß die oben genannten logische Operation nicht unbedingt beschränkend 1st.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 Pole, die mit gleiohförmigem Abstand entlang des Außenumfange eines Stators 6 angeordnet sind und die sich nach innen auf den Mittelpunkt zu erstrecken, während die Bezugsziffer 2 Sekundärwicklungen bezeichnet, die um die Pole 1 gewickelt sind. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine Primärwicklung, die um einen Vorsprung des Stators 6 gewickelt ist, während die Bezugsziffer 4 ein drehbares Teil bezeichnet, das an einer rotierenden Welle 5 befestigt ist und eine zungenförmige Form mit einer ümfangsbreite größer als der Breite jedes Poles aufweist. Die rotierende Welle 5 verläuft durch den Mittelpunkt des Stators 6. Die eine derartige Transformatorstruktur aufweisende Dezimalcodescheibe arbeitet als Impulstransformator undwenn dl·

Primärwicklung 3 inipulsförmig angesteuert wird und die UcHe 5 gedreht wird, wodurch das Teil 4 aufeinanderfolgend an den Polen 1 vorbeiläuft, die Jeweils eine ί ekundärv:ici;lung 2 trägt, so daß ein magnetischer Kreis K an einer Position geschlossen v;ird, die jedem Pol entspricht, wie dies in ^ig. gezeigt ist, werden Spitzenspannungen aufeinanderfolgend durch die Transformatorwirkung in den Sekundärwicklungen erzeugt, wie dies in der Fig. ρ durch die Kurven C- 1', V , £+ I¹.... dargestellt ist, wobei diese Kurven bezüglich der Richtung des Drehwinkels überlappen. Diese Spannungen werden einer Impulsformer schaltung wie z.B. einer Schmitt-Triggerschaltung zugeführt, um einander aufeinanderfolgend überlappende Signale L- 1, £, &+1.... zu liefern, wie diesen Fig. 3> gezeigt ist, mit einer Linie F als der Bezugslinie. Diese Signale werden der logischen Schaltung gem. Fig.4 zugeführt. In Fig. 4 sind die Verknüpfungsglieder AND 1 und AND 2 UND-Glieder, während die Verknüpfungsglieder INV 1 und INV 2 Inverter sind. Die Symbole t- 1, L und Jt + 1 stellen irgendwelche aufeinanderfolgenden Digitalsignale (wie z.B. 0, 1, 2; 5, 6, 7j 9, 0, 1 usw.) dar, die durch Formung des Ausganges jedes Pols der Codescheibe höherer Ordnung gewonnen werden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Symbole L- 1 und £,+ 1 stellen die invertierten Signale von t- \ bzw. /+ 1 dar und Cr und Ür stellen Übertragssignale von der Codescheibe niedrigerer Ordnung dar, die erzeugt werden, wenn die Ziffern niedrigerer Ordnung 5 tis 9 bzw. 0 bis 4 sind. Der Grund für diese Auswahl besteht darin, daß sie es ermöglicht, die Toleranz des Kopplungsfehlers zwischen den Ziffern höherer Ordnung und den Ziffern niedrigerer Ordnung größer zu machen.

Als Beispiel sei angenommen, daß die Ausgänge von den Polen 0, I und II gleich I - I, *- bzw. & + 1 sind, Wie dies in Fig. gezeigt ist und daß Cr und Cr erzeugt v/erden, wenn die Ziffern niedrigerer Ordnung gleich 5 bis 9 bzw. 0 bis 4 sind und das drehbare Teil gem. Fig. 1 in Richtung anwachsender Zahlen gedreht wird. Das Ziffernsignal des Pols I wird ausgelesen

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und die Schwingungsform/in verschiedenen Teilen der logischen Schaltung nach Fig. 4 ändern sich zeitlich, wie dies in Fig. gezeigt ist. In Fig. 5 stellt das Zeiohen S die Position des drehbaren Teils 4 des Analog-/bigitalwandlers höherer Ordnung dar. Es wird angenommen, daß der Ausgang des Analog-/Digitalwandlers niedrigerer Ordnung gleich 9 ist und daß der Wandler höherer Ordnung die beiden Signale I- 1 und L liefert. Die oben erwähnte logische Gleichung L ist die logische Gleichung zur Auswertung und Ablesung des Ausganges & des Wandlers höherer Ordnung. Weil das Signal Cr sowie das Sign4 t - 1 an der Position S geliefert wird, ist die Gleichung L nicht erfüllt. Wenn sich das drehbare Teil 4 in Richtung anwachsender Zahlen dreht, und die Ziffer niedrigerer Ordnung sich von 9 auf 0 ändert, verschwindet das Signal Cr und stattdessen erscheint das Signal Cr. Entsprechend ist der Ausgang von dem UND-Glied AND 2, nämlich & · C"r · Z+ 1 in der logischen Schaltung nach Fig. 4 erfüllt, so daß dieses Signal erzeugt wird. V/eil die Gleichung h · Cr · X+ 1 erfüllt ist, ist die logische Gleichung L = £(Cr + Cr* · / + 1) erfüllt, wenn sich die Ziffer niedrigerer Ordnung von 9 auf O ändert. Wenn sich das drehbare Teil weiterbewegt und die Ziffer niedrigerer Ordnung sich von 4 auf 5 ändert, erscheint das Signal Cr, so daß der Ausdruck t · Cr · L+ l der logischen Gleichung des Signals L, der bisher erfüllt war, nicht mehr erfüllt ist. Weil jedoch I · Cr · I - 1 des Verknüpfungsgliedes AND 1 auf Grund des Auftretens des Signals Cr erfüllt ist, ist die logische Gleichung L immer noch erfüllt und das Signal wird aufrechterhalten. Wenn sich die Ziffer niedrigerer Ordnung von 9 auf 0 bei einer weiteren Drehung des drehbaren Teils ändert, verschwindet das Signal Cr und damit ist der Ausdruck & · Cr · l> - 1 von L, der bisher erfüllt war, nicht mehr erfüllt, während das Signal JL + 1 sowie das Signal Cr erscheinen, so daß auch der Ausdruck I · Cr · 1+ 1 nicht mehr erfüllt ist, so daß alle Ausdrücke der logischen Gleichung nicht mehr erfüllt sind. Das heißt, daß wenn die Stelle niedrigerer Ordnung sich von 9 auf 0 ändert, die ligische Gleichung L nicht vollständig erfüllt wird,

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so daß das Signal verschwindet. Damit ist, wie dies aus Fig. ersichtlich ist, die logische Gleichung des Signals L von der Zeit, zu der die Ziffer niedrigerer Ordnung 0 wird, bis zu der Zeit, wenn sie innerhalb des Bereiches des Signals I 9 wird, erfüllt, so daß das Ausgangssignal L der logischen Schaltung gemäß Fig. 4 genau die Position des Pols 1 darstellt. Fig. 4 zeigt die logische Schaltung zur Auswertung und Auslesung des Signals des Pols I des Analog-/Digitalwandlers höherer Ordnung entsprechend der oben erwähnten logischen Gleichung. Für Dezimal-Codescheiben kann die Position jedes Pols des Analog-/Digitalwandlers in einfacher Weise durch Verw endung von 10 derartigen logischen Schaltungen gem. Fig. 4 ausgelesen und ausgewertet werden.

Fig. 6 zeigtjeine Dezimalcodescheiben-Ausleseschaltung, die durch 10 derartige logische Schaltungen gem. Fig. 4 gebildet ist.

Fig. 7 zeigt ein Auswertesystem zum Auswerten von 5 Ziffern, die 5 Dezimalcodescheiben entsprechen, wobei dieses Auswertesystem 5 derartige Dezimalcodescheiben-Auswerteschaltungen gemäß ig. 6 aufweist, die miteinander verbunden sind. Wenn daher die Anzahl der Dezimalcodescheiben größer wird, wird die gesamte logische Schaltung zum Auslesen und Auswerten der Ziffern entsprechend kompliziert und aufwendig.

Fig. 8 zeigt ein Auswertesystem zum Auslesen einer Anzahl von Ziffern, die einer Vielzahl von Dezimal-Codescheiben entsprechen, auf Zeitteilungsbasis, wobei die Ablesung mit lediglich einer derartigen Codescheiben-Auswerteschaltung gemäß Fig. 6 durchgeführt werden kann, indem eine Zeitteilungsteehnik verwendet wird. Die Dezimaloodescheiben-Auswerteschaltung nach Fig. 6 wird aufeinanderfolgend erst auf der X-Achse von der Codescheibe niedrigster Ordnung zur Codescheibe nächsthöherer Ordnung und dann zu der Codescheibe der noch weiter höheren

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Ordnung weitergeschaltet und dannjin der gleichen Weise auf die Y- und Z-Achsen undßann wieder auf die X-Achse usw., wobei eine Folge von Zeitsteuerimpulsen mit Intervallen von beispielsweise 20 Mikrosekunden verwendet wird. Eine derartige Zeitteilungstechnik wurde beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 12400/68 der gleichen Anmelderin beschrieben.

Wie es weiter oben insbesondere bezüglich der japanischen Offenlegungsschrift 992/67 und der US-Patentschrift 3 60J> 978 beschrieben wurde, müssen den Dezimalcodescheiben-Auswerteschaltungen die Übertragssignale Cr und Cr von der Codescheibe niedrigerer Ordnung zugeführt werden und solange wie die gleiche Dezimalcodescheibe in der niedrigeren Ordnung verwendet wird, kann man leicht diese Übertragssignale erhalten. Wenn jedoch ein Detektor für den in der Nähe liegenden Absolutwert oder ein Absolut-Zwischenwertdetektor, wie z.B. ein Induktosyn, ein Resolver oder ähnliches an der niedrigeren Ordnung verwendet werden soll, so können die Übertragssignale nicht geliefert werden, so daß die Dezimalcodescheibe nicht mit diesem Äbsolutwertdetektor gekoppelt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auswertesystem für einen Hybrid-Analog-/Digitalwandler zu schaffen, bei dem die Dezimalcodescheiben und der Absolutwertdetektor dadurch gekoppelt werden, daß eine Übertragssignal-Generatoreinrichtung für den Absolutwertdetektor geschaffen wird, so daß der Bereich des Näherungsabsolutvrertes weiter gedehnt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, ein Auswertesystem für einen Hybrid-Analog-/Digitalwandler zu schaffen, das es ermöglicht, einen Absolutwert über den gesamten Hub oder den gesamten Weg mit der hohen Genauigkeit eines Induktosyns festzustellen, insbesondere wenn dieser Absolutwertdetektor ein Induktosyn ist.

Das erfindungsgemäße Auswertesystem für den Hybrid-Analog-/ Digitalkonverter weist Dezimalcodescheiben und einen Näherungs-

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Absolutwertdetektor auf, der vom Typ ier Oodescheiben abweicht und beispielsweise ein Induktosyn, ein Lcsolver, eine optische Codiereinriehtung oder ähnliches ist, die miteinander gekoppelt sind, so daß eine Vergrößerung des Absolutv/ertbereicheG möglich ist. Insbesondere kann, wenn der Iläherungs- oder llaehbarschafts-Absolutwertdetektor ein Induktosyn ist, der Absolutwert mit hoher Genauigkeit und über den gesamten Hub oder die Wegstrecke festgestellt werden, so daß sowohl der Detektor als auch die periphere Schaltung in wenig aufwendiger Weise aufgebaut werden kann und weiterhin kann der Detektor verglichen mit einem bekannten Induktosyn-oysteni mit drei Gängen, d.h. grob, mittel und fein , vereinfacht werden. Weiterhin kann, wenn der Nachbarschafts-Absolutwertdetektor ein Resolver ist, unter anderem ein Resolver drei oder mehr Dezimalcodescheiben ersetzen, weil es möglich ist, einen Resolver so auszubilden, daß er mehr als drei Resolvern entspricht, so daß sowohl der Detektor als auch die periphere Schaltung einen sehr geringen Aufwand verglichen mit einem dreigängigen Resolversystem entsprechend dem Stand der Technik erfordern.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Induktosyn als Nachbarschafts-Absolutwertdetektor verwendet. Der Induktosyn ist allgemein ein Detektor mit einer Periode von 2 mm in dem Millimetersystem oder einer Periode von 0,1 Zoll in dem Zollsystem und er stellt einen Absolutwert innerhalb dieser Periode fest. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst ein Auswertesystem für den Nachbarsehafts- oder in der Nähe befindlichen Absolutwert für den Induktosyn anhand der Fig. 9 beschrieben. In Fig. 9 bezeichnet die Bezugsziffer 11 einen 20 MHz-Taktoszillator, während die Bezugsziffer 12 einen durch 4000 teilenden Frequenzteiler bezeichnet, der eine Rechteckschwingung von 5 kHz liefert. Die Bezugsziffer 13 bezeichnet ein Filter, das lediglich die Grundschwingung weiterleitet. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Verstärker, während die Bezugsziffer 15 die maßstabseitige Wicklung des Induktosyns bezeichnet, die üblicherweise an dem festen Teil einer Werk-

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zeugmaschine oder ähnlichem befestigt ist und die Bezugsziffer 15a bezeichnet den maßstabseitigen Erregungsanschluß. Die Bezugsziffern l6 und 17 bezeichnen die schieberseitigen Wicklungen des Induktosyns, die auf der bewegliehen Seite der Werkzeugmaschine oder ähnlichem befestigt sind und die Bezugsziffern 16a und 17a bezeichnen die schieberseitigen Ausgangsanschlüsse. Wenn angenommen wird, daß ein mechanischer Winkel Θ.« eine Abweichung innerhalb einer Zahnteilung des Schiebers des Induktosyns darstellt, so liefern die Ausgangsanschlüsse l6a und 17a Ausgänge, die Erregungs-Sinusschwingungen mit Amplituden sind, die proportional zu sin Q^ bzw. cos Θ,, sind und die in Phase sind. Einer dieserAusgänge, beispielsweise der Ausgang von der Wicklung 17 wird in einem 90°-Phasenschieber 18 moduliert, so daß er eine Phasendifferenz von 90⁰ aufweist und die Ausgänge des Phasenschiebers l8 und der Wicklung 16 werden einer Mischerschaltung I9 zugeführt, die eine phasenmodulierte Schwingung liefert. Diese Schwingung wird der Impulsformerschaltung 20 zugeführt, in der sie von einer Sinusschwingung In eine Rechteckschwingung umgeformt wird. Der Ausgang von der Impulsformerschaltung 20 wird einem Phasendifferenz-Impulszähler 22 zugeführt, wenn ein Steuerachsen-Schalter 21 eine vorgegebene Achse auswählt, beispielsweise die X-Achse. In diesem Ausführungsbeispiel dienen der Induktosyn (15, lö und 17), der 9O°-Phasenschleber l8, die Miseherschaltung 19 und die Impulsformerschaltung 20 zur Steuerung der X-Achse. Der Phasendifferenz-Impulszähler 22 stellt die Phasendifferenz zwischen der Bezugsphase, dem Ausgang von dem Frequenzteiler 12, und der Rückführungsphase, dem Ausgang von der Impulsformerschaltung 20 über den Steuerachsenschalter 21 fest und zählt die Ausgangsimpulse von dem Taktoszillator 11 für die vorstehend bestimmte Phasendifferenz. Die gezählte Anzahl von Impulsen wird als Nachbarschafts-Absolutwert gesetzt. Daher stellt in diesem Fall die Phasendifferenz eine absolute Skala mit einer Periode von 2 mm dar und ein Impuls des Ausganges von dem Taktoszillator 11 entspricht 0,5 Mikrometer» Fig. 10 stellt die Beziehung zxfischen der Bezugsphasen-Schwin-

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gungsform oder des Ausganges von dem Frequenzteiler 12, der Rückführungs-Phasenschwingungsform oder dem AusgangYder Impulsfomerschaltung 20 und dem Nachbarschafts-Absolutwert oder der Anzahl von Impulsen des Ausganges von dem Takt oszillator 11, die für die Differenz zwischen den vorstehenden Phasen gezählt wurden, dar.

FIg. 11 Ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Auswertesystems für einen Hybrid-Analog-ZDigitalwandler, der miteinander gekoppelte Dezimalcodescheiben und den Induktosyn aufweist. In Fig. 11 bezeichnet die Bezugsziffer 31 eine Induktosyn-ÜbertragssIgnal-Generatorelnrichtung, die für die vorliegende Erfindung kennzeichnend Ist und die Bezugsziffer J52\ieichnet eine Übe rtragsbereichs-Einstellschaltung, die den Übertragsberelch eines Induktosyns festlegt, der an niedrigerer Ordnung verwendet wird. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet eine Übertragssignal-Generatorschaltung, die unter Verwendung von Ungleichungen oder ähnlichem feststellt, ob ein Nachbarschafts-Absolutwert, der von dem Phasendifferenz-Impulszähler in dem Blockschaltbild eines Auswertesystems zur Auswertung des Hachbarschafts-Absolutwertes eines Induktosyns gemäß Fig. 9 geliefert wird, in einem Bereich eingeschlossen ist, der durch die Übertragsbereich-Einstellschaltung festgelegt wird oder nicht, und wenn dieser Wert eingeschlossen ist, wird ein Übertragssignal Cr 2 erzeugt. Obwohl die vorstehend beschriebene Induktosyn-Übertragssignal-Generatorelnrlchtung 31durch die Übertragsbereichs-Einstellschaltung 32 und die Übertragssignal-Generatorschaltung 33 gebildet Ist, kann die Einstellfunktion der Übertragsbereichs-Einstellschaltung in die Übertragssignal-Generatorschaltung 33 eingefügt werden. Der Ausgang von der Übertragssignal-Generatoreinrichtung 31» d.h. das Übertragssignal Cr 2 wird über ein ODER-Verknüpfungsglied 7, eine Verzögerungsschaltung 10 und einen Inverter 8 oder ämliches jeder logischen Schaltung in der Dezimalcodescheiben-Äuswerteschaltung zugeführt. In diesem Fall wird das Übertragssignal Cr 2 jeder logischen Schaltung in der Dezimalcode-

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s ehe iben-Auswert es ehaltung auf Zeitteilungsbasis zugeführt, wobei das Übertragssignal Cr 1 im Fall einer Dezimalcodeseheibe an der niedrigsten Ordnung verwendet wird.

Pig. 12 zeigt Schwingungsformen an verschiedenen Teilen der logischen Schaltungen in einer Dezimalcodeseheiben-Auswerteschaltung, wenn der Induktosyn an der niedrigeren Ordnung verwendet wird, wie dies in Fig.-11 gezeigt ist. In diesem Fall werden die logischen Schaltungen so betrieben, daß eine Zahnteilung des Induktosyns oder 2 mm einer Ziffer der Dezimalcodeseheibe mit höherer Ordnung entspricht.. Entspreichend ist der Absolutwert-Bereich der Dezimalcodescheiben 10 mal erweitert, so daß er 20 mm beträgt. Weil in Fig. 12 eine Zahnteilung von zwei mm des Induktosyns gleichmäßig in 4000 Teile unterteilt ist, reicht der Nachbarschafts-Absolutwert von 0 bis 3999. Weil die Ausgangsschwingungsform der Dezimalcodeseheibe eine Toleranz aufweist, muß das Übertragssignal Cr 2 nicht in dem Bereich von genau der halben Zahnteilung von 2 mm erzeugt warden. Üblicherweise wird das Signal Cr 2 jedoch in dem Bereich der halben Zahnteilung erzeugt, d.h. im Bereich des Nachbarschafts-Absolutwertes, der von 2000 bis 3999 reicht. Die oben erwähnte Toleranz beträgt im idealen Zustand - 0,5 nun. Durch Einstellung dieses Bereiches mit. der Übertragsbereich-Einstellschaltung J>2 nach Fig. Il kann das Übertragssignal Cr 2 von der Übertragssignalgeneratoreinrichtung 31 erzeugt werden, d.h. es ist möglich, die Dezimalcodeseheibe und den Induktosyn zu koppeln. Wenn die Anzahl der Dezimaleodescheiben vergrößert wird, wird der Bereich des Absolutwertes weiter gedehnt. Weil weiterhin der durch die Übertragsbereichs-Einstellschaltung eingestellte Bereich im allgemeinen als festgelegt betrachtet werden kann, ist es in der Praxis möglich, bei Verxvendung eines Dezimalzählers für den Phasendifferenz-Impulszähler lediglich eine Signalleitung von dem Bit abzuleiten, das die Bewertung von 2 in der Position 1000 in der Zahl aufweist, die in binärcodierter Dezimalform dargestellt ist, so daß direkt das Übertragssignal Cr 2 geliefert wird. Wenn in diesem Fall der Ausgang des Phasen-

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differenz-impulszählers 22 zwischen 2000 und .2999 liegt, ergibt sich notwendigerweise das Übertragssigna]. Gr2. Wenn anderer seits der Phasendifferenz-Impulszähler 22 ein reiner Binärzähler ist, ist es möglich, lediglich eine Signalleitung von dem zwölften Bit abzuleiten, so daß direkt das Übertragssignal Cr 2 geliefert wird. In diesem Fall wird das Übertragssignal Cr 2 in jedem Fall ausgegeben, wenn der Ausgang vcn dem Phasendifferenz-Impulszähler 22 zwischen 2048 und 3999 liegt. In diesem Fall ist der Zahlenwert 2048 der Wert, der dem Bit zwölfter Ordnung zugeordnet ist.

Bei diesen beiden Ausführungsformen erfüllen die Funktion des Zählers und die Auswahl der Leitung auf G-rund ihrer Kopplung die gleiche Rolle wie die Übertragsbereichs-Einstellschaltung und die Übertragssignal-G-eneratorschaltung, so daß diese Ausführungsformen als Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrachtet werden können.

Fig. I^ ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen einem Zahlenwert, einem Multiplikationsfaktor und einem Absolutwertbereich bei jeder Ordnung eines Hybrid-Analog-/Digitalwandlers mit vier Dezimalcodescheiben und einem damit gekoppelten Induktosyn darstellt. Ein numerischer Ausgangswert des Hybrid-Analog-/Digitalwandlers ist durch (Kr d,- +10 dn + 10 d^ + dp) χ 4000 + O₁ dargestellt und die Einheit dieses numerischen Ausgangswertes ist 0,5 Mikrometer, was einem 4000stel von 2 mm entspricht. Weiterhin sind d, bis dj- die Zahlen auf dem Induktosyn bzw. den Codescheiben und D,_o bedeutet die Dezimalcodescheibe.

F-ig. 14 ist eine grafische Darstellung, die die Abtastzeit jeder Ordnung des Hybrid-Analog-/Digitalkonverters mit 4 Dezimalcode scheiben und einem damit gekoppelten Induktosyn zeigt. Weil die Erregungsfrequenz des Induktosyns 5 kHz beträgt, kannder Absolutwert von 2 mm innerhalb einer Zeit von ungefähr 200 Mikrosekunden gewonnen werden. Weil jedoch die Frequenz der rückgeführten phasenmodulierten Schwingung von der

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Erregungsfrequenz abweicht, wenn die Werkzeugmaschine in Betrieb 1st, so daß sich Fälle ergeben können, bei denen diese Zeit 200 Mikrosekunden mehr oder weniger überschreitet, ist die Abtastzelt des Induktosyns auf mehr als 200 Mikrosekunden eingestellt, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist. Die Dezimalcodescheiben in den höheren Ordnungen als der Induktosyn werden von T₁ erregt und die höheren Ordnungen werden während T. bis Tj, in Digitalformat gebracht. Beispielsweise wird die Abtastung der X-Achse innerhalb von 400 Mikrosekunden durchgeführt. Als Erregungsfrequenz wird in diesem Beispiel 5 kHz gewählt. Bell jedoch in dem System zur Auswertung des Nachbarschafts-Absolutwertes gemäß Fig. 9 höhere Erregungsfrequenzen und Taktfrequenzen als bei dem digitalen Phasenmodulationssystem, das in der numerischen Steuertechnik verwendet wird, verwendet werden können, ist es weiterhin möglich, zusammen mit der schreLlen Abtastkapazität der Dezimalcodescheiben einen Absolutwert innerhalb von 200 Mikrosekunden für eine Achse zu gewinnen. Wenn die Erregungsfrequenz des Induktosyns vergrößert wird, wird di· Frequenzabweichung bei in Betrieb befindlicher Maschine verringert, so daß es möglich ist, die richtige Position festzustellen. Weiterhin ist es möglich, eine Abtastung der Dezimalcode scheiben synchron mit der RückfUhrungsphase durchzuführen, und die OperationogByGesCnwindigkeitsfehlerl D kann nach einer ) bestimmten konstanten Zeit ausgehend von der RückfUhrungsphase begonnen werden. Hier ergibt sich die Beziehung, daß der Geschwindigkeit afehler D » momentaner Befehlswert - tatsächlicher Wet let und der Wert D wird einer Digital-ZAnalogumwandlung unterworfen, um einen Servomotor zu steuern. Wenn die geringste Einheit des momentanen Befehlswertes bei einer Umrißsteuerung ausreichend klein 1st, wird die Änderung des Geschwindigteltsfehlers D verringert, so daß der Motor gut gesteuert werden kann. Wenn zusätzlich die Abstastzeit kurz gemacht wird, let es möglich, eine Steuerung durchzuführen, die verbesserte Nachlauf servoeigenschaf ten aufweist.

Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine dezimale Anzeige erfolgt, und die Figur zeigt die Schwingungsformen an

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verschiedenen Teilen der logischen Schaltungen in der Dezimalcodescheiben-Auswerteschaltung, wenn der Induktosyn an der niedrigeren Ordnung verwendet wird, wie im Fall der Fig. 12. Bei/diesem Ausführungsbeispiel werden die logischen Schaltungen so betrieben, daß 1 mm entsprechend der halben Zahnteilung des Induktosyns der Länge für eine Ziffer der Dezimalcodescheibe zusammenfällt. Als Ergebnis entsprechen 10 mm, die 5 Zahnteilungendes Induktosyns entsprechen, einer Umdrehung der Dezimalcodescheibe und der Absolutwertbereich der Dezimalcodescheibe ist 10 mal erweitert, so daß er 10 mm beträgt. Entsprechend ist das Übertragssignal Cr 2 so eingestellt, daß es in dem Bereich von 1000 bis 1999 und in dem Bereich von 3000 bis 3999 erzeugt wird.

Fig. 16 zeigt eine schematische Ansicht eines Hybrid-Analog-Digitalkonverters mit einer Dezimalcodescheiben-Einheit mit einer Vielzahl von Dezimalcodescheiben und mit einem damit gekoppelten Induktosyn oder einem Magneskale. Die Dezimalcode seheibeneinheit kann in Richtung des Pfeiles betrieben werden, so daß sie mit dem Induktosyn oder Magneskale in Phase ist. Andererseits kann die Induktosyn- oder Magneskalen-Scheibe für diesen Zweck betrieben werden. Im Vorstehenden wurden einige Ausführungsbeispiele eines Auswertesystems für einen Hybrid-Analog-/Digitalwandler mit Dezimalcodescheiben und einem damit gekoppelten Induktosyn beschrieben. Es kann jedoch auch ein Resolver, ein Magneskale, eine optische Codiereinrichtung oder ähnliches anstelle des Induktosyns mit den Dezimalcodescheiben gekoppelt werden, um den Nachbarschafts-Absolutwertbereich in genau der gleichen Weise zu erweitern. Die oben erwähnte Magneskale-Einrichtung ist der Handelsname eines Längen- und Winkel-Detektors, der auf dem Prinzip der magnetischen Aufzeichnung beruht und der von der Fa. Sony & Co. Ltd., Japan, vertrieben wird. Die Skala des Magneskale ist ein gitterförmiges Magnetisierungsmuster, das durch Aufbringen eines magnetischen Mediums auf einen ^Iuaßstabsträger und durch Aufzeichnen einer Sinusschwingung mit einer Wellenlänge von 0,2 mm

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auf dem so gebildeten Magnetfilm mit Hilfe eines magnetischen Kopfes gebildet wird.

Fig. YJ zeigt schernatiseh einen Hybrid -Ana log-/D ig italwand ler mit 4 Dezimalcodescheiben und einem Resolver, die einstückig miteinander zusammengebaut sind. Wenn in diesem Fall eine derartige Ausbildung getroffen wird, daß eine Umdrehung eines zweipoligen Resolvers 2 mm entspricht, so ist es möglich, einen Absolutwertbereich von 20 Metern dadurch zu erreichen, daß er mit vier Dezimalaodescheiben wie in Fig. IJ gekoppelt wird.

Selbstverständlich muß die Codescheibe keineDezimalcodescheibe sein, sondern sie kann auch eine Oktalcodescheibe sein und in diesem Fall IckIhk kann eine reine binäre Verarbeitung durchgeführt werden. Weiterhin kann selbstverständlich nicht nur ein linearer Induktosyn verwendet vjerden, sondern es kann auch ein rotierender Induktosyn Anwendung finden.

Patentansprüche:

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ir

Leerseite

Claims (4)

1. 26AU96

   Patentansprüche :

   ./Ausvrertesystem für einen Hybrid-Analog-ZDigitalwandler, der zumindest zwei n-stellige Codescheiben, wobei η gleich oder größer als 35 ist und η logische Schaltungen aufweist, wobei aufeinanderfolgende zwei Ausgangssignale der η Ausgangssignale 0, 1, 2, ...., n-1 von einer der n-stelligen Codesclieiben so erzeugt werden, daß sie einander bezüglich des Drehwinkels der n-stelligen Codescheibe überlappen und wobei jede der η logischen Schaltungen die logische Operation

   = I · (Cr · I- 1 + Cr · Jt+ l)

   durchführt, worin X-I, X und JL + 1 irgendwelche drei aufeinanderfolgende Ausgangssignale der η Ausgangssignale von einer eier aufeim nderf olgenden zumindest zwei n-stelligen Codescheiben, Cr 1 ein Übertragssignal, das erzeugt wird, wenn ein Signal, das in einer Gruppe von größeren Zahlenwerten von Ausgangssignalen von der niedriger bewerteten Codescheibe der aufeinanderfolgenden zwei Codescheiben eingeschlossen ist, erscheint und Cr ein invertiertes Signal des Übertragssignals CrI ist, so daß jede der η logischen Schaltungen ein Signal erzeugt, das eine Stelle oder Ziffer darstellt, und ein genaues n-stelliges Signal durch die η logischen Schaltungen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertesystem einen Nachbarschafts-Absolutwertdetektor (l5)an einer niedrigen Position aufweist, der von den n-stelligen Codescheiben (1-6) abweicht und daß eine Einrichtung (J>1) vorgesehen ist, die ein Übertragssignal (Cr 2) erzeugt, wenn ein Nachbarschafts-Absolutwert von dem Nachbarschafts-Absolutwertdetektor (15) anstelle der Ausgangssignale von der Codescheibe niedriger Ordnung verwendet wird und ein Signal, das in der Gruppe von größeren numerischen Werten des Nachbarschafts-Absolut-

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   ORIGINAL IMSPECTED

   wertes eingeschlossen ist, erscheint, und daß das Übertragssignal (Cr2) und das invertierte Signal (Cr 2) des Übertragssignals (Cr 2) der logischen Schaltung auf Zeitteilungsbasis zusammen mit dem Übertragssignal (Cr 1) und dem invertierten Signal (Cr 1) des Übertragssignals (Cr 1) zuführbar sind.
2. 2. Äuswertesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennze ich net, daß die Einrichtungen zur Erzeugung des übertragssignals (Cr 2) bzw. (Cr 2) eine Übertragsbereichs-Einstellschaltung (32), die einen Übertragsbaeich einstellen kann und eine Übertragssignal-G-eneratorschaltung (33) einschließen, die auf den Ausgang von der Übertragsbereichs-Einstellschaltung (32) und den Nachbarschafts-Absolutwert als Eingänge anspricht, um das Übertragssignal zu erzeugen.
3. 3· Auswertesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbarschafts-Absolutwertdetektor ein Induktosyn (I5) ist.
4. 4. Auswertesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichne t, daß der Nachbarschafts-Absolutwertdetektor ein Resolver ist.