DE3402933A1 - Measuring system for detecting the relative and absolute movements between rapidly rotating shafts - Google Patents

Measuring system for detecting the relative and absolute movements between rapidly rotating shafts

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DE3402933A1
DE3402933A1 DE19843402933 DE3402933A DE3402933A1 DE 3402933 A1 DE3402933 A1 DE 3402933A1 DE 19843402933 DE19843402933 DE 19843402933 DE 3402933 A DE3402933 A DE 3402933A DE 3402933 A1 DE3402933 A1 DE 3402933A1
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Thomas Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Föllinger
Martin Dipl.-Ing. 7513 Stutensee Kunzmann
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Abstract

A measurement problem that frequently occurs in all fields of technology is the exact detection of torsional play, angular differences and torsional vibrations between two rotating shafts at full speed and under load. A computer-assisted high-resolution measuring system has been invented for the purpose of continuous detection of the variations in differential angle between two rotating shafts. The apparatus consists in its present version of the following units (Fig. 1): - incremental rotary transducer - differential angle measuring instrument - intermediate store for measured data - microcomputer The measuring system can be applied to all measurement problems in which there is a need for an analog or digital measurement signal for the variation in the differential angle of rotating machine parts. It is suggested, in particular, for geometrical, kinematic and dynamic analysis of shaft joints, clutches/couplings and transmissions of all sorts. The modular construction of the measuring system omits use as a total system, or else of only individual subassemblies, resulting in a large degree of flexibility in any possible application. <IMAGE>

Description

Beschreibung des Meßsystems zur Erfassung relativer und absoluter Bewegungen zwischen schnell rotierenden Wellen Bei zahlreichen messtechnischen Anwendungen tritt das Problem der genauen Erfassung der Winkeldifferenz zweier schnell rotierender Wellen auf.Description of the measuring system for the acquisition of relative and absolute Movements between rapidly rotating shafts In numerous metrological applications the problem occurs of the exact detection of the angular difference between two rapidly rotating Waves on.

Bisher sind Meßsysteme bekannt, welche entweder eine hohe Auflösung von Differenzwinkeln bei niedrigen Drehzahlen, oder eine geringe Auflösung von Differenzwinkeln bei hohen Drehzahlen gestatten.So far, measuring systems are known which either have a high resolution of differential angles at low speeds, or a low resolution of differential angles allow at high speeds.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Differenzwinkelverlauf zwischen zwei rotierenden Wellen, sowie dessen 1. und 2. Ableitung bei großen Drehzahlen und mit großer Genauigkeit in Abhängigkeit des Drehwinkels eines der beiden verwendeten inkremtalen Drehgeber oder in Abhängigkeit der Zeit zu erfassen. Die Erfindung ist zur kontinuierlichen Messung von Winkeldifferenzen, Verdrehspielen, Relativbewegungen usw. unter allen möglichen Betriebsbedingungen einsetzbar.The object of the invention is to provide a differential angle curve between two rotating shafts, as well as their 1st and 2nd derivative at high speeds and with great accuracy depending on the angle of rotation of one of the two used incremental rotary encoder or as a function of time. The invention is for continuous measurement of angle differences, backlashes, relative movements etc. can be used under all possible operating conditions.

Das Differenzwinkelmeßsystem besteht aus den Komponenten (Fig.1): - inkrementale Drehgeber - Differenzwinkelmeßgerät - Meßdatenspeicher - Micro-Computer Es kann jedoch auch nur aus Teilkomponenten bestehen, z.B. inkrementale Drehgeber und Differenzwinkelmeßgerät., wenn die Anwendung ohne rechnerunterstützte Meßdatenauswertung ausreicht.The differential angle measuring system consists of the components (Fig. 1): - Incremental rotary encoder - Differential angle measuring device - Measurement data memory - Micro-computer However, it can only consist of partial components, e.g. incremental rotary encoders and differential angle measuring device., if the application without computer-aided measurement data evaluation sufficient.

Funktion des Gesamtsystems Die rotierende Bewegung der Wellenteile wird mittels zweier inkrementaler Drehgeber (G 1, G 2) erfaßt, welche über torsionssteife aber winkelelastische Präzisionsmetallbalgkupplungen mit den Wellenteilen verbunden sind. Die Drehgeber geben pro Umdrehung eine größere Anzahl von Impulsen ab, welche über getrennte Leitungen dem Differenzwinkelmeßgerät zugeführt werden. Das Differenzwinkelmeßgerät bereitet in zwei getrennten Impulsformerstufen die ankommenden Impulse auf und führt sie zwei digitalen Zählern zu. Eine Recheneinheit bildet im Anschluß daran mit hoher Rechenfrequenz ständig die Differenz der beiden Zählerstände und stellt das RechenergeNnRsViF digitaler Form auf einem Datenbus zur Verfügung. Von hier kann es mittels D/A-Wandler in eine differenzwinkelproportionale Spannung umgewandelt werden. Das DWM kann in einem solchen Fall ohne nachgeschaltete rechnerunterstützte Meßdatenauswertung arbeiten.Function of the overall system The rotating movement of the shaft parts is detected by means of two incremental rotary encoders (G 1, G 2), which are torsionally rigid but angular flexible precision metal bellows couplings connected to the shaft parts are. The rotary encoders emit a larger number of pulses per revolution, which are fed to the differential angle measuring device via separate lines. The differential angle measuring device prepares and guides the incoming pulses in two separate pulse shaping stages they have two digital counters too. An arithmetic unit then forms with a high Calculating frequency constantly the Difference between the two meter readings and makes the RechenergenNnRsViF available in digital form on a data bus. from here it can be converted into a voltage proportional to the differential angle by means of a D / A converter will. In such a case, the DWM can operate without a downstream computer-aided Working measurement data evaluation.

Bei Einsatz als rechnerunterstütztes Meßsystem werden die Rechenergebnisse mit Hilfe des Datenbusses einem schnellen Meßdatenspeicher zugeführt, der in der Lage ist, die Differenzwinkel-Rechenergebnisse (3 )) von einer oder mehreren Umdrehungen abzuspeichern.When used as a computer-aided measuring system, the calculation results with the help of the data bus fed to a high-speed measurement data memory, which is in the Is able to calculate the difference angle results (3)) of one or more revolutions to save.

Hierbei werden die Drehgeberimpulse eines der beiden Drehgeber zusätzlich zu ihrer Funktion Impulse für die beiden Zähler zu liefern dazu verwendet, eine drehwinkelproportionale Adressierung zu erreichen, sodaß nur die Differenzwinkel-Rechenergebnisse #(#i) abgespeichert zu werden brauchen, und nicht auch noch die zugehörigen Drehwinkelstellungen çi. Diese ergeben sich aus der Anzahl der seit Einspeicherbeginn" von den Drehgebern abgegebenen Impulse.The encoder pulses from one of the two encoders are also used here used for their function to deliver pulses for the two counters to a To achieve addressing proportional to the angle of rotation, so that only the difference angle calculation results # (# i) need to be saved, and not also the associated angle of rotation positions çi. These result from the number of encoders since the beginning of storage given impulses.

Der Meßdatenspeicher kann einen Analogteil besitzen, welcher eine speicheradressproportionale und damit auch drehwinkelproportionale Spannung zur X-Ablenkung eines Registriergerätes liefert. Ebenso kann der Meßdatenspeicher einen Analogteil zur Ausgabe der digital gespeicherten Meßdaten in analoger Form besitzen.The measurement data memory can have an analog part, which one Memory address proportional and thus also angle of rotation proportional voltage for X-deflection of a recording device delivers. The measurement data memory can also have a Have an analog part for outputting the digitally stored measurement data in analog form.

Der Einsatz vorzugsweise als Meßsystem bestehend aus inkrementalen Drehgebern, Differenzwinkelmeßgerät und Meßdatenspeicher ist somit ebenfalls möglich. Anstelle der analogen Ausgabe der gespeicherten Meßdaten können diese jedoch auch über einen Datenbus von einem Prozeßrechner (Micro-Computer) übernommen und ausgewertet werden. Durch die Ankopplung eines Prozeßrechners können durch Tangentenbildung an den gemessenen Differenzwinkelverlauf #(#) die erste und die zweite mathematische Ableitung io'(19) und a"(ç)) gebildet werden. Hierdurch sind sowohl geometrische als auch kinematische Messungen möglich. Die geometrische Messung des Differenzwinkels # als Funktion des Drehwinkels 3(ç), sowie deren mathematische Ableitungen S(), 9"('4) sind durch die vorliegende Erfindung generll immer möglich, ohne daß zusätzlich zu den inkrementalen Drehgebern weitere Aufnehmer angebracht werden müssen. es ist jedoch auch möglich den Differenzwinkelverlauf a ( t), Differenzwinkelgeschwindigkeits -verlauf # (t)und Differenzwinkelbeschleunigungsverlauf 9 (t) zwischen zwei rotierenden Wellen zu messen (kinematische Messung), wenn die gleichförmige Rotation einer der beiden Wellen sichergestellt ist.Use preferably as a measuring system consisting of incremental Rotary encoders, differential angle measuring devices and measurement data memories are also possible. Instead of the analog output of the stored measurement data, however, these can also be used Accepted and evaluated by a process computer (micro-computer) via a data bus will. By coupling a process computer, tangents can be created the first and the second mathematical to the measured difference angle profile # (#) Derivation io '(19) and a "(ç)) are formed. This means that both are geometrical as well as kinematic measurements are possible. The geometric measurement of the difference angle # as a function of the angle of rotation 3 (ç), as well as its mathematical derivatives S (), 9 "('4) are generally always possible with the present invention, without any additional Additional transducers must be attached to the incremental rotary encoders. it is however, the differential angle profile a (t), differential angular velocity, is also possible curve # (t) and differential angular acceleration curve 9 (t) between two rotating ones Measure shafts (kinematic measurement) when the uniform rotation of one of the both shafts is ensured.

Funktionsprinzip des DifferenzwinkelmeDgerätes Die prinzipielle funktionsweise des Differenzwinkelmeßgerätes wird durch das Blockbild Fig. 2 verdeutlicht.Functional principle of the differential angle measuring device The basic function of the differential angle measuring device is illustrated by the block diagram in FIG.

Die rotierende Bewegung der Wellenteile wird mittels zweier inkrementaler Drehgeber (G 1, G 2) erfaßt, welche über torsionssteife, aber winkelelastische Präzisionsmetallbalgkupplungen mit den Wellenteilen verbunden sind. Die Drehgeber geben Rechteckspannungen ab, welche über abgeschirmte Meßleitungen der Auswertelektronik zugeführt werden. In den Impulsformerstufen IF 1 bzw. IF 2 erfolgt eine Aufbereitung der Rechteckspannungen für jeden Geber getrennt, wobei Leitungsstörungen ausgefiltert, die Rechtecksignale verstärkt und mehrfach ausgewertet werden. Ferner befindet sich in der Impulsformerstufe ein Richtungsdiskriminator zur getrennten Drehrichtungserkennung der beiden rotierenden Wellen. Die Ausgangsimpulse der Impulsformerstufen (IF 1, IF 2) werden in den Zählern Z 1 und Z 2 getrennt gezählt. Hierbei können bei der dem vorliegenden Patent zugrunde liegenden Schaltung Zähler verwendet werden, welche in ihrer dualen Zählerkapazität nicht die Impulse einer gesamten Umdrehung zu zählen brauchen, sondern nur eine kleine Teilmenge davon.The rotating movement of the shaft parts is made by means of two incremental Rotary encoders (G 1, G 2) detected which via torsionally stiff, but angularly flexible precision metal bellows couplings are connected to the shaft parts. The rotary encoders emit square-wave voltages, which are fed to the evaluation electronics via shielded measuring lines. In the pulse shaping stages IF 1 or IF 2 are processed by the square-wave voltages for each encoder separately, with line interference filtered out, the square-wave signals be amplified and evaluated several times. It is also located in the pulse shaper stage a direction discriminator for the separate detection of the direction of rotation of the two rotating ones Waves. The output pulses of the pulse shaping stages (IF 1, IF 2) are stored in the counters Z 1 and Z 2 counted separately. This can be based on the present patent lying circuit counters are used, which in their dual counter capacity do not need to count the impulses of an entire revolution, but only one small subset of it.

Liefern z.B. die Impulsformerstufen nach der Mehrfachauswertung pro Umdrehung 20000 Impulse, so wäre, um die Impulse einer gesamten Umdrehung zu zählen, eine duale Zählerkapazität mit einer WDrtbreite von 15 bit (215 = 32.768) erforderlich.Deliver e.g. the pulse shaping stages after multiple evaluation pro Revolution 20000 pulses, then, in order to count the pulses of an entire revolution, a dual counter capacity with a word width of 15 bits (215 = 32,768) is required.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung kann die Wortbreite der beiden Zähler wesentlich kleiner (als z.B. 15 bit) sein. Anhand von z.B. 8 bit Zählern soll die Funktionsweise erläutert werden: Für die beispielhafte Ausführung des Meßsystemes unter Verwendung von Zählern mit je 8 bit wird diese Funktion nachfolgend erläutert. Es bedeuten: Fig. 1 Komponenten des Differenzwinkelmeßsystems Fig. 2 Funktionsprinzip des Differenzwinkelmeßgerätes Fig. 3 Funktionsprinzip des Meßdatenzwischenspeichers Ausgehend von der Tatsache , daß der Zähler 1 auf einen An,fangswert programmiert ist, erreicht diese 8 bit Einheit beim Zählen zuerst ihren oberen Grenzwert von 255 gezählten Impulsen. Beim nächsten Impuls werden alle Datenausgänge des Zählers 1 logisch L und es erfolgt ein Übertrag am Carry-Ausgang des Zählers 1. Dieser Ubertrag wird z.B. in einem nachgeschalteten D-Flip-Flop entsprechend einem 9-ten Bit gespeichert, während die niederwertigsten Bits des Zählers Z 1 bereits durch weitere eintreffende Impulse gesetzt werden. Erreicht nun der Zähler 2 ebenfalls seinen Maximalwert, so wird mit dem Obertragungsimpuls von Z 2 das 9-te Bit über den CLR-Eingang gelöscht. Diese Funktion erläutert das nachfolgende Zahlenbeispiel: Unmittelbar vor dem Oberlaufen von Z 2 ist das 9-te Bit von Z 1 bereits gesetzt, sodaß in den Zählern zum Beispiel folgende duale Zahlen vorliegen: Z 1: L 0000 OLLL Z 2: LLLL LLLL Nach der nächsten eintreffenden positiven Taktflanke betragen die Zählerstände dann dual dargestellt: Z 1: 0 0000 L000 Z 2: 0000 0000 Dieser Vorgang entspricht daher dem Subtrahieren der Zahl 256 von beiden Zählern, wodurch die Differenz Z 1 - Z 2 erhalten bleibt.With the help of the circuit according to the invention, the word length of the both counters must be significantly smaller (than e.g. 15 bit). Using e.g. 8 bit counters the mode of operation should be explained: For the exemplary implementation of the measuring system This function is explained below using counters with 8 bits each. The figures are as follows: FIG. 1 components of the differential angle measuring system; FIG. 2 functional principle of the differential angle measuring device Fig. 3 Functional principle of the measurement data buffer Based on the fact that the counter 1 is programmed to an initial value is, this 8-bit unit first reaches its upper limit of when counting 255 counted pulses. With the next pulse, all data outputs of the counter 1 is logical L and there is a carry at the carry output of counter 1. This carry is e.g. stored in a downstream D-flip-flop corresponding to a 9th bit, while the lowest value Bits of the counter Z 1 already through further incoming impulses can be set. If the counter now also reaches 2 its maximum value, the 9th bit is over with the transmission pulse from Z 2 the CLR input deleted. This function explains the following numerical example: Immediately before Z 2 overflows, the 9th bit of Z 1 is already set, so that, for example, the following dual numbers are present in the counters: Z 1: L 0000 OLLL Z 2: LLLL LLLL After the next incoming positive clock edge, the Counter readings then displayed in two ways: Z 1: 0 0000 L000 Z 2: 0000 0000 This process therefore equates to subtracting the number 256 from both counters, which makes the difference Z 1 - Z 2 is retained.

Nachdem die von den Impulsformerstufen gelieferten Impulse in den beiden Zählern derart gezählt wurden, wird durch eine Recheneinheit (RE) permanent die Differenz der beiden Zählerstände gebildet, welche aufgrund eines positiv eingegebenen Anfangswertes an Z 1 (Offset) immer größer Null ist. Die ständige Berechnung der Differenz der beiden Zählerstände erfolgt mit einer wesentlich größeren Frequenz, als die Impulse von den Impulsformerstufen her anfallen.After the pulses supplied by the pulse shaping stages have been transferred to the Both counters were counted in this way, is made permanent by a computing unit (RE) the difference between the two counter readings is formed, which is due to a positive input The initial value at Z 1 (offset) is always greater than zero. The constant calculation of the The difference between the two counter readings occurs with a much greater frequency, than the impulses from the impulse shaper stages.

Dies hat zur Folge, daß jede änderung der beiden Zählerstände sofort das digitale Rechenergebnis (Differenzwinkel in z.B. 8 bit Wortbrei te) verändert.As a result, every change in the two counter readings is immediate the digital calculation result (difference angle in e.g. 8 bit word width) changed.

Die vorliegende Meßeinrichtung verwendet also im Gegensatz zu bisher bekannten Systemen eine Torzeit bei der Berechnung der Differenz der beiden Zählerstände, welche wesentlich kleiner ist, als die Zeit zwischen den einzelnen zu zählenden Impulsen.The present measuring device thus uses in contrast to previously known systems a gate time when calculating the difference between the two counter readings, which is much smaller than the time between each to be counted Impulses.

Das digitale Rechenergebnis (Differenzwinkel in dual er Form z.B. 8 bit) steht auf einem Datenbus zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.The digital calculation result (difference angle in dual form e.g. 8 bit) is available on a data bus for further processing.

Im nachfolgenden Digital-Analog-Wandler (D/A) wird das duale Ergebnis in eine di fferenzwinkel proportionale Spannung umgewandelt.In the following digital-to-analog converter (D / A) the dual result is obtained converted into a voltage proportional to the differential angle.

Diese Spannung wird der Vertikalablenkung eines Oszilloskopes,zugeführt und mit dessen Zeitbasis horizontal abgelenkt. Das Oszillogramm stellt dann die Funktion pl(t) - 92(t) = F(t) als Differenzwinkelverlauf über der Zeit dar. Mit Hilfe des Winkelschrittmessers (WS) wird eine zur Drehung des primärseitigen Gebers proportionale Spannung erzç gt, mit welcher der Oszillographenstrahl in horizontaler Richtung abgelenkt werden kann. Hierdurch wird eine zeitfreie Darstellung des Differenzwinkels über dem Drehwinkel der - -Welle 1 möglich. In diesem Fall stellt das Oszilloskop die zeitfreie Funktion F(t 2(% ) LP2() dar. Das analoge Differenzwinkelsignal kann alternativ mit einem Ultraviolett-Oszilloskop aufgezeichnet werden. Hierbei dient die UV-Servosteuerungseinheit (UVS) zum Ansteuern des UV-Schreibers. Die Betriebsartensteuerung (BAS) übernimmt die zentrale Steuerung des Meßgerätes. Schließlich enthält das Differenzwinkelmeßgerät noch einen Drehzahlmesser (DZM), welcher die Drehzahl des Gebers 1 in dezimaler Form anzeigt.This voltage is fed to the vertical deflection of an oscilloscope and deflected horizontally with its time base. The oscillogram then represents the Function pl (t) - 92 (t) = F (t) as differential angle curve over time. With The angle step meter (WS) is used to turn the primary-side encoder proportional voltage generates with which the oscilloscope beam in horizontal Direction can be deflected. This creates a timeless representation of the differential angle over the angle of rotation of the - shaft 1 is possible. In this case the oscilloscope displays the time-free function F (t 2 (%) LP2 (). The analog differential angle signal can alternatively be recorded with an ultraviolet oscilloscope. Here the UV servo control unit (UVS) is used to control the UV recorder. The operating mode control (BAS) takes over the central control of the measuring device. Finally, the differential angle measuring device contains another tachometer (DZM), which shows the speed of sender 1 in decimal Shape indicates.

Funktionsprinzip des Meßdatenspeichers Die prinzipielle Funktionweise des Meßdatenspeichers wird durch das Blockbild Fig. 3 verdeutlicht.Functional principle of the measurement data memory The basic function of the measurement data memory is illustrated by the block diagram in FIG.

Die von einem der beiden Drehgeber abgeqebenen Impulse (Z 1, Z-r) werden nach elektronischer Mehrfachauswertung (Z lu) der zentralen Speicherkontrolleinheit (SPKO) zugeführt. Die Speicherkontrolleinheit hat die Aufgabe, eine zentrale und handhabungssichere Bedienung des Speichers in Verbindung mit den Peripheriegeräten zu ermöglichen, sowie die jeweiligen Betriebszustände zu initialisieren und anzuzeigen. Ober eine Parallelschnittstelle ist die Einheit mit dem Differenzwinkelmeßgerät verbunden. Aus den Geberimpulsen (Z 1*) wird das Taktsignal (ADCK) erzeugt, welches der Adress-und Datenkontrolleinheit (ADKO) zugeführt wird.The pulses transmitted by one of the two rotary encoders (Z 1, Z-r) are after electronic multiple evaluation (Z lu) of the central storage control unit (SPKO). The memory control unit has the task of providing a central and Safe handling operation of the memory in connection with the peripheral devices to enable, as well as to initialize and display the respective operating states. The unit with the differential angle measuring device is via a parallel interface tied together. The clock signal (ADCK) is generated from the encoder pulses (Z 1 *), which the address and data control unit (ADKO) is supplied.

In der Adresseinheit wird für jeden Impuls (Z 1a) eine neue Adresse generiert, welche über den Adressbus (ADBUS) an den Speichereinheiten (SP 1, SP 2) anliegt.In the address unit there is a new address for each pulse (Z 1a) generated, which via the address bus (ADBUS) to the memory units (SP 1, SP 2) is present.

Parallel zum Adresstakt (ADCK) liegt der jeweilige Differenzwinkelmeßwert am Datenbus (DABUS) an und kann nach Freigabe durch die Acress-und Datenkontrolleinheit (ADKO) in die momentane Speicheradresse eingespeichert werden.The respective differential angle measurement value is parallel to the address clock (ADCK) on the data bus (DABUS) and can after approval by the access and data control unit (ADKO) can be stored in the current memory address.

Durch diese Art der Meßdatenspeicherung ist die jeweilige Speicheradresse identisch mit der Anzahl der seit "Einspeicherbeginn" angefallenen Impulse (Z 14), sodaß eine Abspeicherung des zum jeweiligen Differenzwinkeldatum(t9) gehörigen Drehwinkels entfällt.With this type of measurement data storage, the respective memory address is identical to the number of impulses that have occurred since "start of storage" (Z 14), so that a storage of the angle of rotation belonging to the respective differential angle data (t9) not applicable.

So gehört beispielsweise zum Differenzwinkeldatum in der Speicherstelle mit der Adresse 29 419 der Drehwinkel 419 = 29 419 x wobeiA wder nach der Mehrfachauswertung zum kleinstmöglichen Geberinkrement gehörige Drehwinkel ist. Um den Einspeicherbeginn in den Meßdatenspeicher immer an der geometrisch gleichen Stelle beginnen zu lassen, kann ein ebenfalls von den inkrementalen Drehgebern gelieferter Referenzimpuls (1 Einzelimpuls pro Umdrehung) zum Starten des Einspeichervorganges verwendet werden.For example, it belongs to the difference angle data in the memory location with address 29 419 the angle of rotation 419 = 29 419 x where A wder after multiple evaluation is the angle of rotation belonging to the smallest possible encoder increment. At the start of storage in the Measurement data memory always at the same geometrical location can also be started by the incremental encoders Reference pulse (1 single pulse per revolution) to start the storage process be used.

Durch diese besondere Art der Meßdatenspeici:erung stehen viele tausend Meßdatenpaare Pi,Q (#i) in eindeutiger Art und Weise zur weiteren digitalen oder analogen Verarbeitung zur Verfügung, obwohl nur die3() werte gespeichert wurden.Thanks to this special type of measurement data storage, there are many thousands Measurement data pairs Pi, Q (#i) in an unambiguous manner for further digital or analog processing is available, although only the 3 () values have been saved.

Die Speicheradresse wird nicht durch einen Oszillator (Zeitbasis) gebildet, sondern durch eine drehwinkelproportionale rein geometrisch bedingte Impulsfolge.The memory address is not set by an oscillator (time base) formed, but by a purely geometrically determined pulse sequence proportional to the angle of rotation.

Nach Erreichen der maximalen Adresse wird der Daten- und Adressbus von der Adress- und Datenkontrolleinheit wieder verriegelt, wodurch der Einspeichervorgang beendet wird.After the maximum address has been reached, the data and address bus locked again by the address and data control unit, whereby the storage process is terminated.

Für die Weiterverarbeitung der Messdaten stehen dann zwei Möglichkeiten zur Verfügung: 1. Analoge Ausgabe des Differenzwinkelverlaufes mittels der Analog-Ausgabeeinheit (AAE), wobei der Speicher als Transientenrecorder arbeitet, und der Differenzwinkel mit konventionellen Registriergeräten aufgezeichnet werden kann.There are then two options for further processing the measurement data available: 1. Analog output of the differential angle curve by means of the analog output unit (AAE), the memory working as a transient recorder, and the difference angle can be recorded with conventional recorders.

Die Analog-Ausgabeeinheit (AAE) dient zur rechnerunabhängigen Ausgabe der Messdaten. Hierzu wird der Speicher durch einen internen Oszillator gesteuert und eine adressproportionale Spannung erzeugt, die am X-Ausgang der Analog-Ausgabeeinheit anliegt. The analog output unit (AAE) is used for computer-independent output of the measurement data. For this purpose, the memory is controlled by an internal oscillator and generates an address-proportional voltage that is applied to the X output of the analog output unit is present.

Der zur jeweiligen Speicheradresse gehörende Messwert wird über einen D/A-Wandler in eine analoge Spannung umgewandelt und liegt am Y-Ausgang der Analog-Ausgabeeinheit an. The measured value belonging to the respective memory address is transmitted via a D / A converter converted into an analog voltage and connected to the Y output of the analog output unit at.

Dadurch ist es zum Beispiel möglich, den gemessenen Differenzwinkelverlauf auf einem Speicheroszilloskop zu betrachten, und dann zu entscheiden, ob die Messkurve vom Rechner übernommen und ausgewertet werden soll. This makes it possible, for example, to use the measured differential angle profile to look at on a storage oscilloscope, and then decide whether the trace should be taken over by the computer and evaluated.

2. Obernahme der Messdaten in den Prozessrechner (PR. und softwaremässige Weiterverarbeitung.2. Transfer of the measurement data to the process computer (PR. And software Further processing.

Die Obernahme der Messdaten durch den Rechner (PR) wird durch einen vom Rechner ausgegebenen Takt gesteuert. Mit Hilfe dieses Rechnertaktes wird das Adresswerk jeweils um eine Adresse weitergeschaltet, worauf die Datenkontrolleinheit das zugehörige Messdatum auf den Datenbus (DABUS) schaltet, von wo es vom Rechner übernommen wurden kann. The acquisition of the measurement data by the computer (PR) is carried out by a clock output by the computer controlled. With the help of this computer clock, the Address work switched by one address each time, whereupon the data control unit the associated measurement date is switched to the data bus (DABUS), from where it is received from the computer can be taken over.

Die zur Ansteuerung der einzelnen Funktionsgruppen erforderlichen Signale (Strobe, Chip-Select, Device-Select usw.) werden diesen einzelnen zugeführt und sind in Fig.3 in den Steuerleitungen ST zusammengefaßt.The ones required to control the individual function groups Signals (strobe, chip select, device select, etc.) are fed to each of these and are summarized in FIG. 3 in the control lines ST.

Bedeutung der in Fig.2 verwendetenAbkürzungen und Zeichen G1 inkrementale Drehgeber 1 G2 inkrementale Drehgeber 2 IF1 Impulsformstufe 1 IF2 Impulsformstufe 2 DZM Drehzahlmesser Z1 Digital zähler 1 Z2 Digitalzähler 2 BAS Betriebsartensteuerung RE Recheneinheit CU Code - Umsetzer DA Digital - Analog Wandler WS Winkelschrittmesser UV-Servo UV-Schreiber Ansteuerung Trans.-Rec. Transientenrecorder Oszi Oszilloskop UVS UV-Schreiber x-y-Schr. X-Y-Schreiber SP Meßdatenzwischenspeicher PR Prozeßrechner RP Rechnerperipherie UPM Umdrehungen pro Minute Offset Angabe der Mittellinie für Differenzwinkel vorzugsweise in Dezimaler Form Drehwinkel Drehwinkel 1 v Differenzwinkel Drehwinkel 2Meaning of the abbreviations and characters G1 incremental used in Fig Rotary encoder 1 G2 incremental rotary encoder 2 IF1 pulse shape stage 1 IF2 pulse shape stage 2 DZM tachometer Z1 digital counter 1 Z2 digital counter 2 BAS operating mode control RE arithmetic unit CU code converter DA digital to analog converter WS protractor UV servo UV recorder control Trans.-Rec. Transient recorder oscilloscope UVS UV writer x-y writer. X-Y recorder SP Measurement data buffer PR process computer RP computer peripherals RPM revolutions per minute offset Specification of the center line for Angle of difference, preferably in decimal form. Angle of rotation Angle of rotation 1 v Angle of difference Rotation angle 2

Claims (8)

Patentansprüche 1. Differenzwinkelmeßsystem, 1. Differenzwinkelmeßsystem, insbesondere zur ständigen und kontinuierlichen Messung oder Überwachung einer Winkeldifferenz (ß) zwischen zwei rotierenden Wellenenden, wobei deren Drehwinkelstellungen (9i1 i=1,n) durch zwei an sich bekannte inkrementale Drehgeber ständig erfaßt und die von den beiden digitalen Drehgebern abgegebenen Impulse ständig zwei getrennten Zählern zugeführt werden, wo jeder einzelne Impuls gezählt wird, um im Anschluß daran mit Hilfe einer Recheneinheit ständig die Differenz9 (9i1) =1#i1 #i2 der beiden Zählerstände zu bilden, wodurch das Differenzwinkelmeßergebnis() in digitaler Form als Funktion des Drehwinkels (ç) eines der beiden Drehgeber ständig neu anfällt, und einer nachgeschalteten Folgeelektronik mit Meßdatenspeicher und Micro-Computer zur Meßdatenauswertung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zur Differenzbildung in der Recheneinheit (Subtraktionsdauer) wesentlich kleiner ist als die Zeit mit der die Impulse von den Gebern her anfallen, d.h. die Rechenfrequenz wesentlich größer ist als die Frequenz der anfallenden Winkelimpulse, und daß zur Zählung der Geberimpulse eine Zähleinheit mit einer sehr geringen Wortbreite (z.B. 9-Bit) und die zweite Zähleinheit mit einer Wortbreite, welche ein Bit weniger enthält, eingesetzt werden, sodaß bei Erreichen des maximalen Zählerstandes der Zähleinheit mit der geringeren Wortbreite und dem mit dem nächsten Zählimpuls erfolgenden Überlauf des zweiten Zählers das höchstwertige Bit des ersten Zählers gelöscht wird, sodaß eine kontinuirliche Erfassung des Differenzwinkels auch bei großen Drehzahlen erfolgt, wobei die maximal mögliche Drehzahl nicht wie bisher von einer Torzeit der Zähl- oder Recheneinheit abhängt, sondern im wesentlichen von der Impulszahl und der maximalen Impulsfrequenz (Grenzfrequenz) der inkrementalen Drehgeber.Claims 1. Differential angle measuring system, 1. Differential angle measuring system, especially for constant and continuous measurement or monitoring of an angular difference (ß) between two rotating shaft ends, their angular positions (9i1 i = 1, n) continuously detected by two known incremental rotary encoders and the The pulses emitted by the two digital rotary encoders are constantly two separate Counters are fed, where every single pulse is counted, to follow on this, with the help of an arithmetic unit, the difference9 (9i1) = 1 # i1 # i2 between the two Form counter readings, whereby the differential angle measurement result () in digital form as a function of the angle of rotation (ç) one of the two encoders is constantly generated, and downstream electronics with measurement data storage and micro-computer is supplied for measurement data evaluation, characterized in that the time to Difference formation in the arithmetic unit (subtraction time) is much smaller than the time with which the impulses from the encoders occur, i.e. the computing frequency is much greater than the frequency of the angular pulses, and that for Counting the encoder pulses a counting unit with a very small word length (e.g. 9-bit) and the second counting unit with a word length that contains one bit less, are used so that when the maximum count of the counting unit is reached with the smaller word length and the overflow occurring with the next counting pulse of the second counter the most significant bit of the first counter is cleared so that a continuous detection of the differential angle takes place even at high speeds, whereby the maximum possible speed does not depend on a gate time of the counting or arithmetic unit depends, but essentially on the number of pulses and the maximum Pulse frequency (limit frequency) of the incremental rotary encoder. 2.) Differenzwinkelmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Winkel stellungen der Wellenenden zwei inkrementale Drehgeber mit gleicher Anzahl Impulse pro Umdrehung verwendet werden. 2.) Differential angle measuring system according to claim 1, characterized in that that to detect the angular positions of the shaft ends two incremental encoders can be used with the same number of pulses per revolution. 3.) Differenzwinkeimeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zusätzlicher Verwendung eines der beiden Geberausgangssignale als Referenzsignal, eine drehwinkelproportionale Spannung zur AblenK es arlulogen Differenzwinkelsignales erzeugt werden kann. 3.) Differential angle measurement system according to claim 1 or 2, characterized in that that if one of the two encoder output signals is also used as a reference signal, a rotation angle proportional Voltage for deflecting the analog differential angle signal can be generated. 4.) Differenzwinkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer externen Zeitbasis der Differenzwinkel als Funktion der Zeit gemessen wird.4.) Differential angle measuring system according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that when using an external time base, the difference angle is measured as a function of time. 5.) Differenzwinkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzwinkelmeßergebnisse in einem Meßdatenzwischenspeicher welcher mindestens eine Umdrehung speichern kann, in der Form zwischengespeichert werden, daß die Drehgeberimpulse zusätzlich zu ihrer eigentlichen Funktion zur Erzeugung eines Adresstaktes herangezogen werden, und die Differenzwinkelmeßergebnisse derart als Wertepaare ç , 9( ) abgespeichert werden, daß die Speicheradressen der Anzahl der seit Einspeicherbeginn bis dahin gezählten Impulse eines der beiden Drehgeber entsprechen, und somit die Drehwinkeldaten çj nicht mehr in digitaler Form gespeichert zu werden brauchen und im Meßdatenspeicher nur das zur jeweiligen Speicheradresse gehörige Differenzwinkeldatum h(9>) abgespeichert wird.5.) Differential angle measuring system according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the differential angle measurement results are stored in a measurement data buffer which can store at least one revolution, cached in the form that the encoder pulses in addition to their actual function of generating an address clock are used, and the difference angle measurement results in such a way are stored as pairs of values ç, 9 () that the memory addresses of the number the pulses from one of the two rotary encoders that have been counted since the start of storage correspond, and thus the angle of rotation data çj is no longer stored in digital form need to be and in the measurement data memory only that for the respective memory address corresponding differential angle data h (9>) is saved. 6.) Differenzwinkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßdatenauswertung ein Prozeßrechner derart verwendet wird, daß die gemäß Anspruch 5 abgespeicherten Meßdaten vom Prozeßrechner aus dem Meßdatenspeicher wieder ausgelesen werden, und daß von diesem durch numerische Differentiation der Wertepaare (#1,#(#i)) die erste und die zweite mathematische Ableitung des Differenzwinkelverlaufes gebildet wird.6.) Differential angle measuring system according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that a process computer is used for the measurement data evaluation in such a way that that the measurement data stored according to claim 5 from the process computer from the measurement data memory can be read out again, and that from this by numerical differentiation of the Pairs of values (# 1, # (# i)) the first and the second mathematical derivative of the differential angle curve is formed. 7.) Differenzwinkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite mathematische Ableitung bei zeitfreier Messung als Differenzenquotient und bei Verwendung einer externen Zeitbasis, unter der Voraussetzung konstanter Winkelgeschwindigkeit der Wellen 1 und 2, als Differenzquotient errechnet wird.7.) Differential angle measuring system according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the first and second mathematical derivatives are time-free Measurement as a difference quotient and when using an external time base, under the requirement of constant angular velocity of shafts 1 and 2, as a difference quotient is calculated. 8.) Differenzwinkelmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur Teilkomponenten des hier beschriebenen Gesamtsystemes bestehend aus inkrementalen Drehgebern, Differenzwinkelmeßgerät, Meßdatenspeicher und Micro-Computer verwendet werden. 8.) Differential angle measuring system according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that there are only partial components of the overall system described here from incremental rotary encoders, differential angle measuring device, measurement data memory and micro-computer be used.
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