DE3613962C2

DE3613962C2 -

Info

Publication number: DE3613962C2
Application number: DE3613962A
Authority: DE
Inventors: Masato Tokio/Tokyo Jp Hara
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1985-04-25
Filing date: 1986-04-24
Publication date: 1990-02-15
Also published as: US4700063A; DE3613962A1; JPH0450963B2; JPS61247921A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kodierer, der periodische Signale liefert, die in ihrer Phase voneinander abweichen, wobei jede Periode dem Anwachsen des zu kodierenden Signals um einen bestimmten Betrag entspricht.

Bei einem derartigen Kodierer können die beiden Signale Abweichungen vom Idealwert aufweisen, z. B. hinsichtlich der Amplitude. In der WO 85 02 077 A1 wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, die Amplitude eines der Signale geeignet einzustellen.

Fast sämtliche Allgemeinzweck-Codierer (Inkremental-Codierer), welche im Handel erhältlich sind, haben eine relativ geringe Genauigkeit und erzeugen Impulse mit einer Skalenteilung, dividiert durch einen Faktor vier bis acht. Bei einem solchen Codierer wird die Winkel-Meßgenauigkeit bestimmt durch die Codierskalen-Herstellungsgenauigkeit und durch die nach dem Zusammenfügen vorgenommenen Einstellungen und Justierungen. Der gewöhnliche konventionelle Codierer ist nicht mit einer Ausgangsfehler-Detektorvorrichtung versehen.

Auf der anderen Seite weisen einige Hochgenauigkeits-Codierer Ausgangsfehler-Überwachungsvorrichtungen auf, die zum Beispiel offenbart sind in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 1 69 027/1983.

Die konventionelle Vorrichtung verwendet ein Verfahren, in dem zur Bestimmung einer Ausgangsabweichung eines ersten Signals das erste Signal mit einem Referenzsignal beim Anstieg des zweiten Signals verglichen wird und Ausgangsabweichungen des zweiten Signals unter Verwendung des ersten Signales in ähnlicher Weise ermittelt werden. Jedoch weist dieses Verfahren, in dem zur Ermittlung der Ausgangsabweichung des ersten Signals die Daten des zweiten Signals verwendet werden, den Nachteil auf, daß die Abweichungen nicht ermittelt werden können, wenn zwei Signale in der Phase voneinander beachtlich verschoben sind, oder wenn eines der Signale zu gering im Pegel ist, um ein rechteckiges Wellensignal zu liefern.

Um nun den oben erwähnten Nachteil zu beseitigen, verwendet eine Codier-Ausgangsfehler-Detektorvorrichtung der Erfindung anstelle des oben beschriebenen Verfahrens, in dem Ausgangsabweichungen des ersten Signales unter Verwendung der Daten des zweiten Signals und umgekehrt verwendet werden, ein Verfahren, in dem die Daten des ersten und zweiten Signales zusammen verwendet werden, um die Ausgangsabweichungen der beiden Signale zu ermitteln. Insbesondere sind im erfindungsgemäßen Codierer die rechtwinkligen Wellensignale, die auf dem ersten und zweiten Signal basieren (Vergleichs-Ausgangssignale von ersten und zweiten Komparatoren), einer EXKLUSIV-ODER-Behandlung unterzogen. Ein Referenzimpuls, der auf dem zusammengesetzten Signal des ersten und zweiten Signales basiert (das logische Produkt der Vergleichs-Ausgangssignale von dritten und vierten Komparatoren), wird gebildet. Das EXKLUSIV-ODER-Signal und der Referenzimpuls werden einem Vergleich unterzogen, um gleichzeitig Ausgangsabweichungen des ersten und zweiten Signals relativ zueinander zu ermitteln.

Daher schafft die Erfindung eine Codier-Ausgangsfehler-Detektorvorrichtung mit einer einfachen Schaltungszusammensetzung, welche die Nachteile in Verbindung mit dem konventionellen Verfahren beseitigt, in dem die Ausgangsabweichungen des ersten und zweiten Signales individuell ermittelt werden, und welches in der Lage ist, gleichzeitig Ausgangsabweichungen des ersten und zweiten Signales relativ zueinander zu ermitteln.

Die Erfindung weist die im Kennzeichen des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale auf. Weitere Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schaltung einer Ausgangsfehler-Detektorvorrichtung nach der Erfindung und

die Fig. 2 bis 5 Wellenverläufe von Signalen an unterschiedlichen Teilen der Schaltung von Fig. 1.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun in Verbindung mit den Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt demnach eine Codier-Ausgangsfehler-Detektorschaltung nach der Erfindung. In Fig. 1 wird ein erstes Signal (zum Beispiel ein Sinus-Wellensignal) S _s an einen Verstärker 1 angelegt. Ein zweites Signal (zum Beispiel ein Kosinus-Wellensignal S _c wird an einen Verstärker 2 angelegt. Die Ausgangssignale der Verstärker 1 und 2 werden an die positiven Eingangsanschlüsse eines ersten und zweiten Komparators 3 und 4 angelegt.

Ein erster Referenzpegel V _r wird an den negativen Eingangsanschluß des ersten und zweiten Komparators 3 und 4 angelegt. Der erste Referenzpegel V _r wird durch Dividieren der Spannung +V der positiven Leistungsquelle durch die Widerstandswerte der Widerstände R₁ und R₂ erhalten. Die Widerstände R₁ und R₂ weisen im wesentlichen gleiche Widerstandswerte auf. Somit ist der erste Referenzpegel V _r ein Spannungspegel in der Mitte des ersten und zweiten Signals S _s und S _c.

Die Ausgangssignale S _s und S _c des Verstärkers 1 und 2 werden in gleicher Weise durch die Widerstandswerte der Widerstände R₃ und R₄ dividiert (diese weisen ebenfalls gleiche Widerstandswerte auf). Diese Widerstände bilden eine zusammengesetzte Signalbildungsschaltung 5, in der ein zusammengesetztes Signal S _x = (S _s + S _c)/2, das heißt, ein Signal mit einem Pegel, der gleich dem Durchschnittswert des ersten und zweiten Signales S _s und S _c ist, am Verbindungspunkt b₁ der Widerstände R₃ und R₄ geschaffen wird.

Das zusammengesetzte Signal S _x wird an den negativen Eingangsanschluß eines dritten Komparators 6 und an den positiven Eingangsanschluß eines vierten Komparators 7 angelegt. Die Spannung +V der positiven Leistungsquelle wird einer Spannungsteilung durch Widerstände R₅, R₆ und R₇ unterworfen, welche in Serie miteinander verbunden sind. Ein zweiter Referenzpegel V _H und ein dritter Referenzpegel V _L werden an den Verbindungspunkten b₂ und b₃ der Widerstände R₅, R₆ und R₇ geliefert. Der zweite und dritte Referenzpegel V _H und V _L liegen an entgegengesetzten Seiten des ersten Referenzpegels V _r, das heißt, der zweite Referenzpegel V _H ist höher als der erste Referenzpegel V _r. Der dritte Referenzpegel V _L ist niedriger als der erste Referenzpegel V _r. Der Referenzpegel V _H wird an den positiven Eingangsanschluß des dritten Komparators 6 angelegt, während der Referenzpegel V _L an den negativen Eingangsanschluß des vierten Komparators 7 angelegt wird.

Das Vergleichsausgangssignal S₁ des ersten Komparators 3 und das Vergleichsausgangssignal S₂ des zweiten Komparators 4 werden an ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 8 angelegt. Das Vergleichsausgangssignal S₃ des dritten Komparators 6 und das Vergleichsausgangssignal S₄ des vierten Komparators 7 werden an ein erstes UND-Gatter 9 angelegt, welches ein sogenanntes verdrahtetes UND-Gatter sein kann.

Das Ausgangssignal S₅ des EXKLUSIV-ODER-Gatters 8 und das Ausgangssignal S₆ des UND-Gatters 9 werden einem UND-Gatter 10 zugeführt, welches ein Ausgangsfehlersignal S₇ liefert.

Der zweite Referenzpegel V _H (der höher ist als der erste Referenzpegel V _r) und der dritte Referenzpegel V _L (der niedriger ist als der erste Referenzpegel V _r) sind hinsichtlich ihres absoluten Wertes gleich. Die Spannungsbreite zwischen ihnen kann entsprechend der Ausgangssignal-Fehlertoleranz selektiert werden.

Die Wirkungsweise der so ausgebildeten Schaltung wird nun mit Bezug auf die Signalwellenverläufe der Fig. 2 bis 5 beschrieben.

Es wird angenommen, daß das erste Signal S _s ein Standardsignal ist (S _s = sin R) und das zweite Signal S _c unterschiedliche Fehler umfaßt. Insbesondere wird das zweite Signal S _c durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
S _c = a₁ + a₂ × cos (R + a₃),
wobei a₁ eine Gleichstromkomponente, a₂ der Amplitudenfehler und a₃ der Phasenfehler ist.

Fig. 2 zeigt den Fall, in dem das zweite Signal S _c keinen Fehler einschließt (a₁ = a₃ = 0 und a₂ = 1). Fig. 3 zeigt den Fall, in dem das zweite Signal S _c eine Gleichstromkomponente einschließt (a₁ = 0,3, a₂ = 1 und a₃ = 1). Fig. 4 zeigt den Fall, in dem das zweite Signal S _c einen Amplitudenfehler einschließt (a₁ = a₃ = 0 und a₂ = 0,7). Fig. 5 zeigt den Fall, in dem das zweite Signal S _c einen Phasenfehler einschließt (a₁ = 0, a₂ = 1 und a₃ = 40°).

Da im Fall von Fig. 2 das zweite Signal S _c keinen Fehler einschließt, werden das Ausgangssignal S₅ des EXKLUSIV-ODER-Gatters 8 und das Ausgangssignal S₆ des UND-Gatters 9 nicht gleichzeitig auf den hohen Pegel angehoben. Daher wird das Ausgangsfehlersignal S₇ nicht geschaffen (das heißt, es wird nicht auf den Hochpegel angehoben).

Sowohl im Fall von Fig. 3 als auch im Fall von Fig. 5 wird das Ausgangsfehlersignal S₇ erzeugt. Jedoch hängt die Form des Ausgangsfehlersignals S₇ davon ab, wodurch der Fehler verursacht wurde (Amplitudenfehler, Gleichstromkomponente oder Phasenfehler).

Im Fall von Fig. 3 wird das zweite Signal S _c zur Seite des Referenzpegels V _H verschoben, und zwar aufgrund der Gleichstromkomponente a₁ = 0,3. Als Ergebnis hiervon umfaßt die Impulskette S₅ und S₆ die Teile, welche gleichzeitig bis zum Hochpegel angehoben werden, wodurch das Ausgangsfehlersignal S₇ erzeugt wird mit einem Anstieg je einmal für jede Signalperiode, wie in Fig. 3 zu sehen ist.

Im Fall von Fig. 4 ist die Amplitude des zweiten Signales S _c kleiner als die des ersten Signales S _s aufgrund des Amplitudenfehlers a₂ = 0,7. Als Ergebnis hiervon weist die Impulskette S₅ und S₆ einige Teile auf, die gleichzeitig bis zum Hochpegel angehoben sind, wodurch das Ausgangsfehlersignal S₇ erzeugt wird mit einem Anstieg zweimal in jeder Signalperiode, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist.

Im Fall von Fig. 5 führt das zweite Signal S _c gegenüber dem ersten Signal S _s um 130° aufgrund des Phasenfehlers a₃ = 40°. Als Ergebnis hiervon weist die Impulskette S₅ und S₆ eine Anzahl von Teilen bzw. Bereichen auf, die bis zum Hochpegel gleichzeitig angehoben sind, wodurch das Signal S₇ erzeugt wird mit einem Anstieg viermal in jeder Signalperiode, wie aus Fig. 5 zu sehen ist.

In den Fällen der Fig. 2 bis 5 sind die Größen der zweiten und dritten Referenzpegel V _H und V _L:
V _H = V _L = 0,4 × (die Normalamplitude der Sinus- oder Kosinuswelle). Wenn jeder Signalfehler kleiner ist, wird kein Ausgangsfehlersignal S₇ erzeugt. Wenn die Referenzpegelbreite zunimmt, dann kann das Ausgangsfehlersignal S₇ vollständiger erzeugt werden. Es ist jedoch wünschenswert, die Referenzpegelbreite gemäß den erlaubbaren Fehlern empirisch zu bestimmen.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet die zusammengesetzte Signalbildungsschaltung 5 das zusammengesetzte Signal S _x auf der Basis des Durchschnittswertes des ersten und zweiten Signals S _s und S _c. Jedoch kann die Schaltung modifiziert werden, so daß ein zusammengesetztes Signal auf der Basis der Summe des ersten und zweiten Signales S _s und S _c gebildet wird.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird in der Codier-Ausgangsfehler-Detektorvorrichtung der Erfindung dann, wenn das erste Signal (Sinus-Wellensignal) und das zweite Signal (Kosinus-Wellensignal) zumindest eine Gleichstromkomponente oder einen Amplitudenfehler oder einen Phasenfehler einschließen, die entsprechende Ausgangssignalabweichung durch Unterwerfung des EXKLUSIV-ODER-Ausgangssignals der beiden Signale und des zusammengesetzten Signals (Durchschnittswert-Signal) derselben einem Vergleich unterzogen.

Außerdem werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Schwierigkeiten, die mit dem konventionellen Verfahren auftreten, beseitigt. Ausgangsfehler können genau ermittelt werden. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft dadurch, daß die Referenzpegel selektiert werden können gemäß den zugelassenen Werten oder Beträgen des Fehlers.

Das technische Konzept der Erfindung ist anwendbar nicht nur auf einen photoelektrischen Codierer, sondern auch auf magnetische Codierer und Codierer, welche Moir´-Ränder oder -Linien oder Interferenz-Ränder oder -Linien verwenden.

Claims

1. Kodierer, der erste und zweite periodische Signale liefert, die in ihrer Phase voneinander abweichen, wobei jede Periode dem Anwachsen des zu kodierenden Signals um einen bestimmten Betrag entspricht, gekennzeichnet durch

a) erste und zweite Komparatoren (3, 4) zum Vergleichen der ersten und zweiten Signale mit einem ersten Referenzpegel (Vr) in der Amplitudenmitte der ersten und zweiten Signale,
b) eine EXCLUSIV-ODER-Schaltung (8) zur EXCLUSIV-ODER-Behandlung der Ausgangssignale der ersten und zweiten Komparatoren (3, 4),
c) eine Schaltung (5) zur Bildung eines zusammengesetzten Signals (s _x) der ersten und zweiten Signale,
d) dritte und vierte Komparatoren (6, 7) zum Vergleichen des zusammengesetzten Signals (s _x), welches durch die Zusammensetzungs-Signalbildungsschaltung (5) gebildet wird, jeweils mit zweiten und dritten Referenzpegeln (VH, VL) auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Referenzpegels (Vr),
e) eine erste UND-Schaltung (9) zur UND-Behandlung der Ausgangssignale der dritten und vierten Komparatoren (6, 7) und
f) eine zweite UND-Schaltung (10) zur UND-Behandlung eines Ausgangssignals der ersten UND-Schaltung (9) und eines Ausgangssignals der EXCLUSIV-ODER-Schaltung (8).

2. Codier-Ausgangsfehler-Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzungs-Signalbildungsschaltung eine Einrichtung zur Bildung des zusammengesetzten Signals entsprechend einem Mittelwert der ersten und zweiten Signale umfaßt.

3. Codier-Ausgangsfehler-Detektorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzungs-Signalbildungsschaltung eine Einrichtung zur Bildung des zusammengesetzten Signals entsprechend einer Summe der ersten und zweiten Signale aufweist.

4. Kodierer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er periodische Sinuswellen erzeugt, welche in ihrer Phase um 90° voneinander abweichen.