DE3736816A1 - Verfahren zur phasensynchronisation von schrittantriebsgesteuerten einrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung kann allgemein zur Phasensynchronisation von schrittantriebgesteuerten Einrichtungen zu Signalen oder zu anderen Einrichtungen angewendet werden. Spezielle Anwendungsgebiete sind optische Modulationsein­ richtungen für Mehrstrahl-Spektralfotometer, die durch Schrittmotoren angetrieben werden.

Vielfach sind kontinuierlich laufende Einrichtungen be­ kannt, bei denen Signale synchron zum Lauf erzeugt werden. Beispielsweise werden Auswertesignale zu Modulationsein­ richtungen, insbesondere für Mehrstrahl-Spektralfotometer, benötigt, unabhängig davon, ob die Modualtionseinrich­ tungen wie bisher allgemein üblich von Synchronmotoren (z. B. DD-PS 65 468) oder Schrittmotoren (z. B. DE-OS 32 02 807, DD-PS 2 28 058) angetrieben werden. Bei der DE-OS 32 02 807 wird ein höherfrequentes Takt­ signal benutzt, um daraus mit einer Teilereinrichtung die Steuerfrequenz des Schrittanstriebes zu erzeugen und außerdem, um über einen weiteren Teiler, synchronisiert vom optischen Signal mittels Nulldurchgangsdetektor, ein Demodulationssignal zu bilden.

Diese Lösung, die nur für Einstrahlgeräte anwendbar ist, hat außerdem den wesentlichen Nachteil, daß bei höheren Absorptionen der optischen Probe durch das Rauschen die Demodulation verschlechtert wird.

In der DD-PS 2 28 058 werden die Impulse der Schrittan­ triebs-Steuerfrequenz dem Schrittantrieb zugeführt, aber auch über eine einstellbare Verzögerungsstufe mit nach­ folgender Impulsverkürzung geführt und steuern eine Zähler- Logik-Schaltung so an, daß die dabei gebildeten Auswerte­ signale, die der analogen Meßwertverarbeitung dienen, phasenrichtig zu den aus den optischen Signalen gebilde­ ten elektrischen Analogsignalen liegen.

Ein mit dem Modulationsspiegel zusammenwirkender Opto­ koppler liefert dazu ein Synchronisationssignal, das zu Beginn jeder Modulationsperiode die Zähler-Logik-Schaltung rücksetzt. Damit werden zwar die Nachteile der DE-OS 32 02 807 beseitigt, da aber mit der einstellbaren Verzögerungsstufe nur innerhalb eines Schrittes justiert werden kann, ist es notwendig, Modulationsspiegel und Optokoppler mit definiert erregtem Schrittmotor vorzu­ justieren oder in einer Vorrichtung mit hinreichender Ge­ nauigkeit zusammenzubauen.

Neben dem Aufwand bei der Geräteherstellung erschwert die notwendige Vorjustierung den Service an der Modulations­ einrichtung einschließlich des Optokopplers.

Außerdem treten z. B. bei Alterungserscheinungen mit sich änderndem Lastmoment am Schrittmotor Phasenverschiebungen zwischen optischen Signalen und Auswertesignalen und da­ mit Meßfehler auf, die eine manuelle Nachjustierung er­ fordern.

Es ist bereits vorgeschlagen worden (WP G 01 J/2 82 311), daß zur Synchronisierung, bezogen auf ein vorgegebenes Sollphasensignal, durch von der Synchronfrequenz ab­ weichende Steuerfrequenzen der Schrittmotor solange um einen Schritt je Zyklus langsamer oder schneller läuft, bis Sollphasen- und Sensorsignal hinreichend genau überein­ stimmen. Hier treten die gleichen Nachteile auf wie in der DD-PS 2 28 058.

Weiterhin ist allgemein bekannt, einen Schrittantrieb nicht durch Impulse einer Steuerfrequenz anzusteuern, sondern beispielsweise durch einen Rechner Kommutator­ signale zu erzeugen, mit denen die Wicklungen des Schritt­ motors geschaltet werden.

Ziel der Erfindung ist die Verringerung des Herstellungs- und Justieraufwandes der schrittantriebsgesteuerten Ein­ richtung sowie die Erhöhung der Genauigkeit, Reprodizier­ barkeit und Zuverlässigkeit der Signalverarbeitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aufwandge­ ringes, technologisch gut beherrschbares und langzeit­ stabiles Phasensynchronisationsverfahren zu schaffen, bei dem ohne optische und mechanische Justiervorgänge phasen­ richtige Auswertesignale gebildet werden und auch momen­ tenbedingte Lastwinkeländerungen am Schrittmotor in ihrem Einfluß auf die Phasenlage der Einrichtung ohne erforder­ lichen erneuten Justierabgleich kompensiert werden kännen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Phasensynchronisation von schrittantriebgesteuerten Einrichtungen, insbesondere von optischen Modulationsein­ richtungen für Mehrstrahl-Spektralfotometer, bei dem ein Schrittmotor eine Einrichtung antreibt, zu deren Phasen­ lage Signale oder andere Einrichtungen synchronisiert werden, indem aus der Phasenlage eines durch die Einrich­ tung erzeugten Sensorsignales ein Synchronisationssignal erzeugt wird zur Synchronisation eines Bezugssignales für Auswertesignale zu Nutzsignalen der Einrichtung, insbe­ sondere von aus optischen Signalen einer Modulationsein­ richtung abgeleiteten elektrischen Analogsignalen, dadurch gelöst, daß bei jeder Inbetriebnahme der Einrich­ tung ein Bezugssignal möglichst zeitsynchron zum Synchro­ nisationssignal gesetzt wird und daß die Phasenlage des Synchronisationssignales zur Phasenlage der Nutzsignale durch einen elektrischen Justierabgleich einmalig einge­ stellt wird, daß die Phasenlagen von Synchronisations- und Bezugssignal verglichen werden und daß bei einer toleranzüberschreitenden Phasenabweichung das Bezugssignal jeweils erneut zeitsynchron zum Synchronisationssignal gesetzt wird.

Es ist vorteilhaft, wenn für den exakten Justierabgleich zumindest ein Nutzsignal unmittelbar mit dem Synchronisa­ tionssignal verglichen wird und daß für den ständigen Phasenvergleich zwischen Synchronisations- und Bezugs­ signal innerhalb eines Toleranzbereiches aus dem Synchro­ nisationssignal ein symmetrisch zu dessen synchronisa­ tionswirksamer Flanke liegendes Kontrollsignal gebildet wird, das mit dem Bezugssignal verglichen wird.

Bei jedem Einschalten der Einrichtung wird ein Bezugs­ signal möglichst zeitsynchron zum Synchronisationssignal gesetzt. Die Stufigkeit dieses Setzvorganges entsteht durch die der Digitaltechnik eigene Informationsquante­ lung.

Die Phasenlage des Synchronisationssignales wird einmalig zur Phasenlage der Nutzsignale justiert.

Dieser Abgleich der Einrichtung, um phasenrichtige Aus­ wertesignale für Nutzsignale zu erhalten, erfolgt durch einen einmaligen rein elektrischen Justiervorgang. Auf diese Art und Weise entfallen jegliche Aufwände für eine optische bzw. mechanische Justierung bei der Herstellung einschließlich entsprechender Konstruktionsmerkmale der Einrichtung.

Nach erfolgter Synchronisation wird kontrolliert, ob das wiederkehrende Synchronisationssignal innerhalb des zu den Auswertesignalen synchronen Bezugssignales mit ge­ eigneter Impulslänge liegt, und die Analogauswertung wird gesperrt, falls eine Phasenabweichung auftritt. In diesem Fall wird das Bezugssignal neu gesetzt. Damit wird es möglich, daß auch Änderungen des Lastwinkels, also momen­ tenbedingte Verschiebungen in der Phasenlage zwischen Kommutatorsignalen des Schrittmotors und Rotorlage, wie sie z. B. bei Langzeitänderungen des Reibmomentes auftreten, keinen Phasenfehler zwischen den Analogsi­ gnalen und ihren Auswertesignalen verursachen. Damit werden eventuelle Langzeitphasenfehler selbsttätig durch die Phasensynchronisation infolge der Phasenkorrektur des Bezugssignales kompensiert, ohne daß eine manuelle elek­ trische, optische oder mechanische Nachjustierung als er­ neuter Abgleich erforderlich sind. Die Einrichtung besitzt damit für einen langen Zeitraum eine hohe Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit in bezug auf die Informationsverarbeitung.

Zweckmäßig ist es ferner, bei der Montage der Modulations­ einrichtung den zulässigen Bereich im Phasenunterschied zwischen Nutzsignal und Sensorsignal so zu begrenzen, daß der beispielsweise temperaturbedingte Fehler der elektri­ schen Justierung hinreichend klein bleibt.

Diese zu beachtende Zweckmäßigkeit bei der Herstellung steht jedoch in keinem Verhältnis zu den Aufwänden, die für eine mechanische oder optische Justierung erforder­ lich sind.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Phasensynchronisation einer schrittmotorgesteuerten Modulationsein­ richtung,

Fig. 2 Signalverlauf nach beendetem Hochlauf des Schrittmotors einer Modulationseinrichtung,

Fig. 3 Signalverlauf nach selbsttätiger Synchronisation,

Fig. 4 Signalverlauf nach abgeschlossener elektrischer Justierung.

In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 liefert ein Einchip-Mikrorechner 1 programm- und zeitablaufverein­ fachend 2-Bit-Zählersignale 2 ¹ und 2 ⁰, aus denen mittels einer Logik 2 Kommutatorsignale für einen Schrittmotor 3 (vierphasig, unipolar) gewonnen werden.

Das höherwertige Zählersignal 2 ¹ wird direkt als Kommu­ tatorsignal W 1 einem Treiber 4 für die Wicklungsströme des Schrittmotors 3 zugeführt. Durch Negation an einem Negator 5 entsteht daraus ein dazu alternatives Kommuta­ torsignal . Die Zählersignale 2 ¹ und 2 ⁰ werden weiter­ hin durch ein EX-OR-Gatter 6 verknüpft, so daß ein Kommu­ tatorsignal W 2 und durch dessen Negation mittels eines Negators 7 ein Kommutatorsignal entstehen. Entsprechend des 2-Bit-Zählerstandes werden über den Treiber 4 die entsprechenden Wicklungen des Schrittmotors 3 angesteuert. Bei laufendem Software-Zähler des Einchip- Mikrorechners 1 läuft der Schrittmotor 3 mit entsprechen­ der Geschwindigkeit und so ebenfalls ein mit dem Schritt­ motor 1 gekoppelter Sektorspiegel 8 einer Modulations­ einrichtung. Dabei finden, aus Übersichtsgründen nicht dargestellt, Strahlumschaltung und -modulation statt. Außerdem wird von einem Sensor, ausgeführt als Reflex­ koppler 9, im Zusammenwirken mit dem Sektorspiegel 8 ein Optokopplersignal OK gebildet. Dieses, dem zur Logik 2 gehörenden Monoflop 10 zugeführt, erzeugt an dessen Ausgang ein Synchronisationssignal SY, das im Einchip- Mikrorechner 1 verarbeitet wird.

An einem veränderbaren Widerstand 11 läßt sich zum Zwecke der elektrischen Phasenjustierung die Haltezeit des Monoflops 10 einstellen.

Wenn, gesteuert vom Einchip-Mikrorechner 1, Synchronisa­ tion zwischen einem rechnerinternen Bezugssignal BS und dem Synchronisationssignal SY erreicht ist und gegebenen­ falls dazu noch eine andere nicht in der Zeichnung darge­ stellte Modulationseinrichtung synchronisiert wurde, lie­ fert der Einchip-Mikrorechner 1 Analogauswertesignale AWS. Fig. 2 zeigt nach beendetem Hochlauf des Schrittmotors 3 seine Kommutatorsignale W 1 und W 2, beispielhaft ein elektrisches Analogsignal AS der nicht dargestellten Mo­ dulationseinrichtung, das Optokopplersignal OK als Sen­ sorsignal zur Synchronisierung der Analogauswertesignale AWS mit ihrem bezugssignal BS zum Analogsignal AS.

Bei der Justierung wird das Synchronisationssignal SY, das bei der Triggerung des Monoflops 10 durch Opto­ kopplersignal OK entsteht, in seiner Länge so einge­ stellt, daß seine synchronisationswirksae Rückflanke die richtige Lage zum Analogsignal AS hat. Es entsteht das in Fig. 3 dargestellte Synchronisationssignal SY. Nach dem Setzen des Bezugssignales BS (siehe Pfeil!) bei jeder Inbetriebnahme der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 entsteht der in Fig. 4 dargestellte Signalverlauf, wobei das Bezugssignal BS als Kontrollsignal KS für den Synchronlauf benutzt werden kann, innerhalb dessen H-Zustand die synchronisationswirksame Flanke (beispiels­ weise H/L-Flanke) des Synchronisationssignales SY liegen muß.

Ergibt sich hierbei eine Abweichung (aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung dargestellt), so wird die Auswer­ tung der Analogsignale AS unterbrochen, bis das Bezugs­ signals erneut zeitsynchron zum Synchronisationsignal SY durch den Einchip-Mikrorechner 1 gesetzt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zur Phasensynchronisation von schrittantrieb­ gesteuerten Einrichtungen, insbesondere von optischen Modulationseinrichtungen für Mehrstrahl-Spektralfoto­ meter, bei dem ein Schrittmotor eine Einrichtung an­ treibt, zu deren Phasenlage Signale oder andere Einrich­ tungen synchronisiert werden, indem aus der Phasenlage eines durch die Einrichtung erzeugten Sensorsignales ein Synchronisationssignal erzeugt wird zur Synchroni­ sation eines Bezugssignales für Auswertesignale zu Nutzsignalen der Einrichtung, insbesondere von aus op­ tischen Signalen einer Modulationseinrichtung abge­ leiteten elektrischen Analogsignalen, gekennzeichnet da­ durch, daß bei jeder Inbetriebnahme der Einrichtung ein Bezugsignal möglichst zeitsynchron zum Synchronisa­ tionssignal gesetzt wird, daß die Phasenlage des Syn­ chronisationssignales zur Phasenlage der Nutzsignale durch einen elektrischen Justierabgleich einmalig ein­ gestellt wird, daß die Phasenlage von Synchronisations- und Bezugssignal verglichen werden und daß bei einer toleranzüberschreitenden Phasenabweichung das Bezugs­ signal jeweils erneut zeitsynchron zum Synchronisa­ tionssignal gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für den exakten Justierabgleich zumindest ein Nutz­ signal unmittelbar mit dem Synchronisationssignal ver­ glichen wird und daß für den ständigen Phasenver­ gleich zwischen Synchronisations- und Bezugssignal innerhalb eines Toleranzbereiches aus dem Synchroni­ sationssignal ein symmetrisch zu dessen synchronisa­ tionswirksamer Flanke liegendes Kontrollsignal gebil­ det wird, das mit dem Bezugssignal verglichen wird.