DE3004464A1

DE3004464A1 - Verfahren und anordnung zur dynamischen messung von bewegungsgroessen

Info

Publication number: DE3004464A1
Application number: DE19803004464
Authority: DE
Inventors: Rolf Rueger; Wolfgang Dr Seide
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-02-07
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DD141866A1; JPS55134358A; GB2047885A

Description

Titelt Verfahren und Anordnung zur dynamischen von Bewegungsgrößen

der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Schaltungsanordnung zur dynamischen Messung von Bewegungagrößen, insbesondere Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen, aus zwei zueinander phasenverschobenen periodischen Grundsignalen, die beispielsweise bei inkreraentalen Meßsystemen zur Verfugung stehen· Die Erfindung kann sowohl zur dynamischen Messung von Eewegu^gc· größen als auch zur Gewinnung von Signalen, die zur Regelung von Bewegungsprozessen erforderlich sind, Anwendung finden,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Auf der Basis zweier, aus dem Bewegungsprozeß abgeleiteter, um 90° zueinander phasenverschobener Grundsignale sind verschiedene Verfahren und Anordnungen zu_ Geschwindigkeitsmessung bekannt."

Unter Verwendung inkrementaler Meßsysteme ist gebräuchlic: die Geschwindigkeitsmessung auf die Messung der Taktfolgefrequenz zurückzuführen.

In den DE-Offenlegungaschriften 26 16 972 und 26 01 8OC ζ. Β· ist beschrieben, daß die Geschwindigkeitsmessung^:-, durch Zeitmessung zweier aufeinanderfolgender, aus einer Sinusspannung erzeugten Impulse bzw· durch Impulszählunj; erfolgen· \ . '

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BAD ORIGiNAL

Liese Verfahren sind für die Ksssung kleinster Geschwindigkeiten und für regeiungstechnische Anwendungen ungeeignet, weil bei kleinen Geschwindigkeiten die Messung mit einer* geschwindigkeitsabhängigen Totzeit behaltet ist und nicht die' Momenta nges chwindigke it, ncridarn nur eine mittlere Geschwindigkeit in einem Zeitintervall gemessen werden kann· Beschleunigungsmes,sungen lassen sich nach diesem Verfahren nur über eine Geschwindigkeitsmessung durchführen und besitzen die, gleichen.Sachteilü.

.Aus der"DB-Auslegeschrift 23 26 660 und der DE-Offenlegungsschrift 25 13 688 sind ferner Schaltungsanordnungen bekannt, die es gestatten, daß das Ausgangssignal inkrementaler Meßsysteme, zur Geschwindigkeitsbestimmung digital oder nach erfolgter DA-Wandlung analog differenziert wird·

Auch diese Anordnungen haben den Nachteil, daß die Geschwindigkeit nicht als Momentanwert innerhalb des Zeitintervalls von einem bis zum Eintreffen des nachfolgenden Inkrements gemessen werden kann. Weiterhin sind Verfugen bekannt, bei denen eines der Grundsignale differenziert;, gleichgerichtet und gesiebt wird· Diese Verfahren sind ebenfalls mit großen Zeitkonstanten behaftet und für regelungstechnischen Anwendung ungünstig·

Ziel der Erfindung:

· Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Möglichkeit zu schaffen, mit nur geringem technischen Aufwand extrem kleine Werte von Bowegungsgrößen messen zu können·

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Die Aufgabe der Erfindung besteht, darin, ein Verfahren mit zugehöriger Schaltungsanordnung zu entwickeln, das ,gewährleistet, aus zwei die volle Primär Information über .einen Bewegungsprozeß enthaltenden Grundsignalen Signale zu erzeugen, die den Momentanwerten von charakteristischen Größen des Bewegungsprozesses, insbesondere von extrem

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kleinen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen proportional sind und die eine für regelungstechniGche Zwecke geeignete Form aufweisen, d. h» totzeitfrei und versögerungsarra sind*

In einem Verfahren zur dynamischen Messung von Bewegungsgrößen, bei dem zwei den Bewegangsproζcß beschreibende, zueinander phasenverschobene Grundsignale vorliegen, die beispielsweise in einem inkrementalen 1.Te ßsystem entstanden sind, wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes der zwei Grundsignale mit einem transformierten Signal des anderen Grundsignales multipliziert wird und die beiden entstandenen Produkte subtrahiert v/erden·

Weiterhin können von den durch Subtraktion beider Pro's 5 dukte ermittelten Bewegungsgrößen durch nochmalige Transformation weitere Bev/egungsgrößen abgeleitet werden« Die Transformation .der Grundsignale kann in einer einfachen oder zweifachen Differentiation bestehen, wodurch Geschwindigkeit bzw· Beschleunigung als Bewegung3größen ermittelt werden.

In einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur dynamischen Messung von Bewegungsgrößen ist der Ausgang eines ersten Übertragungsgliedes (3), an dessen Eingang eines der beiden Grundsignale anliegt, mit einem ersten Multiplizierer (5) und der Ausgang eines zweiten Übertragungsgliedes (4), an dessen Eingang das zweite Grundsignal anliegt, mit einem zweiten Multiplizierer (6) verbunden· An einem weiteren Eingang des ersten Multiplizierera (5) liegt das zweite Grundsignal und an einem weiteren Eingang des zweiten Multiplizierers (6) das erste Grundsignal an. Weiterhin sind die Ausgänge der beiden Multiplizierer (5 u_e 6) mit einem Differenzbildner (7) verbunden, dessen Ausgangesignal am Eingang eins3 nachgeschaltetsn dritten Übertragungsgliedes (9) anliegt·

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'ORIGINAL

-ί-

Am Ausgang des Differenzbildners (7) ergibt sich bei einfacher Differentiation durch die ersten beiden Übertragungsglieder (3 Ue 4) ein dar Geschwindigkeit, bei ■ zweifacher Differentiation ein dar Beschleunigung proportionales Signal« Bei Vorliegen einer Gaachwindigkeitsgröße kann durch nochmalige Differentation gleichzeitig ein der Beschleunigung proportionales Signal erzeugt werden, das am Ausgang des dritten Übertragunggliedes (9) anliegt·

Auefuhrungsbeispiel;

Im folgenden soll die Erfindung anhand des Beispiels der Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessung näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt die Figur das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen An-Ordnung·

Als Grundsignal 1 und 2 werden Signale verwendet, die beispielsweise mittels eines Laserwegraeßsystems gewonnen wurden, sinusförmigen Verlauf haben und zueinander um 90° phasenverschoben sind. In einem differenzierend.

wirkenden Übertragungsglied 3 wird das Grundsignal 1 und in einem ebenfalls differenzierenden Übertragungsglied 4 das Grundsignal 2 transformiert. Die Übertragungsglieder 3 und 4 können in dem Pail, daß sie einfach differenzierend wirken, durch einen rückgekoppelten Operationsverstärker realisiert werden· Das Ausgangssignal des Übertragungsgliedes 3 und das Grundsignal 2 werden in einem Multiplizierer 5 verknüpft, analog dazu das Ausgangssignal des Übertragungsgliedea 4 mit dem Grundsignal 1 in einem Multiplizierer

6. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 5 und 6 werden mittels eines Differenzbildners 7 voneinander subtrahiert· Das entstehende Differenzsignal 8 kann in einem weiteren differenzierenden Übertragungsglied 9 nochmals transformiert werden, wodurch das Ausgangs-

signal 10 entsteht·'

' 030041/0560 ³⁴⁵²

BAD ORIGINAL

-X-

In dem Pall, daß die Übertragungsglieder 3> 4 und 9 einfach differenzierend v/irlcen, ist das Signal 8 ' einer gemessenen Geschwindigkeit und das Au3gangosignal 10 einer Beschleunigung proportional, die gleichzeitig zur Verfügung stehen· Wird in den Übertragungsgliedern 3 und 4 eine zweifache Differenzierung vorgenommen, ergebt sich als-Signal 8 ein der Beschleunigung proportionales Signal· Die Signale 8 und 10 enthalten keine periodischen Anteile, wenn die beiden Grundsignale sinusförmig verlaufen und 90° zueinander phasenverschoben sind· Die Zeitkonstante der Messung wird nur durch die Zeitkonstanten realer Differenzierglieder bestimmt· Der Meßbereich läßt _sich durch die Wahl der Differenzierze it konstanten in den. Übertragungsgliedern 3, 4 und variieren, · "

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Leerseite

Claims

-y-

Erfindungaanapruch:

f iJ Verfahren zur dynamischen Messung von Bewegungs^v— großen,.bei dem zwei den Bewegungsprozeß beschreibende, zueinander phasenverschobene periodische Grundsignale vorliegen, die beispielsweise in einem inkrementalen Meßsystem entstanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zwei Grundsignale mit einem transformierten Signal des anderen Grundsignals multipliziert wird und die beiden entstandenen Produkte subtrahiert werden·

2· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem durch Subtraktion beider Produkte entstandenen Signal durch nochmalige Transformation weitere Bewegungsgrößen abgeleitet werden.

3« Verfahren nach Punkt 1 oder den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation der Grundsignale -in einer einfachen Differentiation besteht*

4, Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation der Grundsignale in einer zweifachen Differentiation besteht·

5* Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur dynamischen Messung von Bewegungsgrößen gemäß den Punkten /I bis 4, dadurch gekennzeichnet₉ daß der Ausgang eines ersten Übertragungsgliedes (3)» an dessen Ein« gang eines der beiden Grundsignale anliegt., mit einem ersten Multiplizierer (5) und der Ausgang eines zweiten Übertragungsgliedea (4), an dessen Eingang das zweite Grundsignal anliegt, mit einem aweiten Multiplizierer

(6) verbunden ist, daß an einem weiteren Eingang des

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ϊ "Ζ"

ersten Multiplizierera (5) das zweite Grundsignal und an einem weiteren Eingang des zweiten Multiplizierers (6) das erste Grundsignal' anliegt und daß die Ausgänge der beiden Multiplizierer (5» 6) mit einem Differensbildner (7) verbunden sind, dessen Ausgangssignal, das dem jeweiligen Momentariwert einer Bewegungsgröße entspricht, am Eingang eines nachgeschalteten dritten Ubertragungsglieaes (9) anliegt, dessen Ausgangssignal ein weiteres einer Bewegungsgröße proportionales Signal ist· . . ·

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