DE3831520C2 - System zur Verarbeitung von Signalen von einem Winkelpositionsumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Verar­ beitung von Signalen von einem Winkelpositionsumformer und befaßt sich insbesondere mit einer Schaltungsanordnung zum Verarbeiten der Signale eines Resolvers oder eines Codierers zum Zwecke des Ableitens der Winkelposition der mit dem Codierer oder mit dem Resolver verbundenen Welle.

Resolver und Codierer stellen zwei verschiedene Umformerarten dar, die zum Bestimmen der Winkelposition einer drehbaren Welle verwendet werden. Diese Wandler- oder Umformgeräte werden beispielsweise sehr oft in Werkzeug­ maschinen verwendet und dienen dort zum Bestimmen der Winkel­ position einer drehbaren Welle. Jeder Typ oder jede Art von Umformer erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das decodiert werden muß, damit die Winkelposition und Drehrichtung bestimmt werden kann.

Der Resolver weist eine auf einen Rotor gewickelte Spule und zwei auf einen Stator gewickelte Spulen auf, die gegeneinander um 90° versetzt sind. Die Welle des Resolver­ rotors ist mit dem drehbaren Mechanismus verbunden, dessen Position bestimmt werden soll. Ein Signalgenerator erzeugt zwei sinusförmige elektrische Signale, die um 90° gegenein­ ander phasenverschoben sind. Diese Signale bezeichnet man im allgemeinen als Sinus-Signal und Kosinus-Signal. Das Sinus- und Kosinus-Signal werden an die Statorspulen gelegt, so daß sie in der Rotorspule ein Signal induzieren. Wenn sich die Rotorspule dreht, verschiebt sich der Phasen­ winkel des in der Rotorspule induzierten Signals in Beziehung zu der Winkelposition des Rotors. Typischerweise wird die Winkelposition dadurch bestimmt, daß das Rotorsignal mit einem der Erregersignale, als entweder mit dem Sinus- Signal oder dem Kosinus-Signal, verglichen wird, um auf diese Weise die Phasendifferenz festzustellen. Die Größe der Phasendifferenz entspricht der Winkelposition der Rotorwelle. Durch Vergleichen der abgeleiteten Winkel­ position zu zwei Zeitpunkten werden die Richtung und Geschwindigkeit der Drehbewegung bestimmt.

Codierer sind eine andere Art oder ein anderer Typ von Winkelpositionsumformer, die gegenüber Resolvern in einer völlig anderen Weise betrieben werden und arbeiten. Ein Inkrementalcodierer erzeugt zwei impulsförmige Ausgangs­ signale, die in Quadratur zueinander sind, das heißt deren Vektoren rechtwinklig aufeinander stehen oder die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind. Die Drehrichtung des Codierers kann man dadurch bestimmen, daß festgestellt wird, welches der beiden Ausgangssignale dem anderen vor­ auseilt. Jedes Ausgangssignal weist eine ganzzahlige Anzahl von Impulsen pro Umdrehung auf. Die Winkelposition wird dadurch bestimmt, daß die Anzahl der Impulsübergänge in beiden Signalen ausgezählt wird. Ein drittes Aus­ gangssignal des Codierers liefert einmal pro Umdrehung einen Indeximpuls, der dazu verwendet wird, um den Positionszähler zurückzusetzen, beispielsweise auf eine Position von 0 Grad.

Zu der unterschiedlichen Arbeitsweise von Resolvern und Codierern kommt noch hinzu, daß die einzelnen Hersteller Codierer auf den Markt bringen, die eine vonein­ ander abweichende Betriebsweise haben. So ist bei den einzelnen Herstellern beispielsweise die Polarität der Codiererausgangssignale unterschiedlich. Die Codierer eines Herstellers liefern beispielsweise einen Indeximpuls mit einem hohen logischen Pegel, wohingegen die Codierer eines anderen Herstellers einen Indeximpuls mit einem niedrigen oder tiefen Pegel erzeugen. Weiterhin variiert die Länge des Indeximpulses bei den einzelnen Codierern. All diese Abweichungen und Unterschiede zwischen den verschiedenen Umformertypen haben dazu geführt, daß separate elektrische Schaltungen verwendet wurden, die speziell entworfen wurden, um die Ausgangssignale jedes Resolver- oder Codierer- Typs zu verarbeiten. Ist einer dieser Umformer beispiels­ weise in einer Werkzeugmaschine integriert, ist es nicht möglich, einen Resolver anstelle eines Codierers zu verwenden und umgekehrt. Weiterhin kann man verschiedene Typen von Codierern nicht gegeneinander austauschen, ohne dabei die elektronische Signalverarbeitungsschaltung abzuändern oder neu auszulegen. Ein Werkzeugmaschinenhersteller, der den Weg einer solchen aufwendigen und zeitraubenden Neuentwick­ lung nicht gehen wollte, war mehr oder weniger gezwungen, während der Fertigungszeit einer Maschinenkonstruktion den Umformer von lediglich einer Quelle zu beziehen. Beim Anwender der Maschine tritt der weitere Nachteil auf, daß er bei einem Ausfall des Umformers nicht die Möglichkeit hat, die Verarbeitungsschaltung neu zu entwickeln. Der Maschinen­ anwender war daher gezwungen, den ausgefallenen Umformer durch einen zu ersetzen, der genau dieselben Eigenschaften wie der ursprüngliche Umformer aufweist, und zwar unabhängig von den Kosten oder der Verfügbarkeit eines solchen Umformers.

Zur Verarbeitung von Signalen eines Umformers zum Überwachen der Winkelposition eines drehbaren und in der Drehrichtung umkehrbaren Teils ist aus der US 45 73 139 bereits ein System bekannt, bei dem der Umformer entweder ein Codierer ist, der ein erstes und ein zweites Signal liefert, wobei die Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Signalen die Drehrichtung des drehbaren Teils angibt und die Anzahl der Amplitudenübergänge in diesen beiden Signalen bezogen auf einen vom Codierer gelieferten Indeximpuls ein Maß für die Winkelposition des drehbaren Teils darstellt, oder der Umformer ein Resolver ist, der ein Ausgangssignal liefert, dessen Phase sich mit der Winkelposition des drehbaren Teils ändert. Das System enthält drei Eingangsanschlüsse für die Ausgangssignale des Codierers und einen davon serparaten vierten Eingangsanschluß für das Ausgangssignal des Resolvers. Neben den von einer Signalquelle erzeugten Taktimpulse für das gesamte System stellt die Erregerquelle für den Resolver ein Sync-Signal bereit. Eine Betriebsartauswahleinrichtung dient zur Schaltung des Systems in eine Codiererbetriebsart oder in eine Resolverbetriebsart. In der Codiererbetriebsart gewinnt ein Signalprozessor aus dem ersten und zweiten Signal des Codierers ein Drehrichtungssignal, das die Drehrichtung des drehbaren Teils angibt, und ein Zählerfreigabesignal. In Abhängigkeit von diesen beiden Signalen zählt eine Zähleinrichtung die Taktimpulse, wobei die Rückstellung der Zähleinrichtung durch ein Signal erfolgt, das aus dem Indeximpuls des Codierers abgeleitet ist. Ein der Zähleinrichtung nachgeschaltetes Positionsregister enthält jeweils den laufenden Zählwert der Zähleinrichtung, und sein Inhalt wird unter dem Einfluß eines Lesesignals periodisch an einen Rechner-Bus ausgelesen. In der Resolverbetriebsart erfolgt eine periodische Rückstellung der die Taktimpulse zählenden Zähleinrichtung durch das Sync-Signal, und der Transfer des jeweiligen Zählwerts in das Positionsregister erfolgt unter dem Einfluß eines Steuersignals, das aus dem wellengeformten Ausgangssignal des Resolvers abgeleitet ist. Der jeweils im Positionsregister zwischengespeicherte Zählwert wird unter dem Einfluß des Lesesignals auf den Rechner-Bus ausgegeben.

Aus der US 39 90 062 ist der Einsatz von Nulldurchgangsdetektoren in einer digitalen Umsetzereinrichtung für einen Resolver grundsätzlich bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Verarbeitung von Signalen eines Umformers zum Überwachen der Winkelposition eines drehbaren und in der Drehrichtung umkehrbaren Teils zu schaffen, bei dem der Umformer ein Codierer oder ein Resolver sein kann und eine möglichst große Anzahl von Systemkomponenten sowohl der Resolverbetriebsart als auch der Codiererbetriebsart gemeinsam sein sollen.

Diese Aufgabe wird durch das System nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Das System kann vom Benutzer derart konfiguriert werden, daß sowohl in der Resolverbetriebsart als auch in der Codiererbetriebsart eine genaue Arbeitsweise sichergestellt ist, die dem jeweils benutzten Umformertyp entspricht.

In der Codiererbetriebsart gibt das System einen Quadraturdetektor frei, der dann die Signale von diesem Wandler- oder Umformertyp verarbeiten kann. Die Quadratur­ beziehung der beiden Signale wird verwendet, um einen Zähler so einzustellen, daß er seinen Zählerstand mit den Impulsen eines Taktgebers entweder inkrementiert oder dekrementiert. Einer der Konfigurationsparameter der Schaltung bezeichnet die Methode zum Gebrauch des Indexsignals zum Zurücksetzen des Zählers auf einen Anfangswert. Diese Bezeichnung hängt ab vom Typ des Indexsignals, das von dem Umformer erzeugt wird.

In der Resolvertriebsart ist das System derart konfiguriert, daß es die Anzahl der Takt­ impulse zwischen einem Referenzimpuls und einem Nulldurch­ gang des Ausgangssignals des Resolvers auszählt. Der Zählerstand wird periodisch ausgelesen und zum Ableiten der Winkelposition verarbeitet. Die Höhe des Zählerstands zeigt auch an, wie weit man in der Zeit bis hin zu dem Auftreten des Nulldurchgangs zurückgehen muß, und die Höhe des Zähler­ stands wird verwendet, um die exakte Position der Welle zu demjenigen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Zählerstand abgetastet wurde. Dadurch erhält man eine laufende Bestimmung der abgefühlten Winkelposition.

Gemäß einer Weiterbildung soll das elektronische System auch so konfiguriert werden können, daß sie nicht nur die Signale von entweder einem Codierer oder einem Resolver, sondern auch die Signale von verschiedenen Arten von Resolvern und Codierern verarbeiten kann.

Gemäß einem Merkmal des Systems werden die Nulldurchgänge des Ausgangssignals eines Resolvers verwendet, um die Phasenverschiebung des Ausgangssignals in bezug auf das dem Resolver zugeführte Signal zu bestimmen. Eine Weiterbildung dieses Merkmals besteht darin, daß das Überholtsein einer solchen Nulldurchgangsinformation bestimmt wird, und zwar zum Zwecke der Extrapolation der Winkelposition zum Ableiten der gegenwärtigen Position des abgefühlten Gegen­ stands.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die geschaffene Schaltungsanordnung in einer solchen Weise konfiguriert werden kann, daß sie in der Codiererbetriebsart in Abhängigkeit von der Natur des Indeximpulses, den der benutzte besondere Typ des Codierers liefert, entweder eine signalpegelempfindliche oder impulsflankenempfindliche Indizierung vornehmen kann. Gemäß einer Weiterbildung der Indeximpulsverarbeitung ist ein Mechanismus vorgesehen, der für Veränderungen in der Indizierung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Umformers eine Kompensation vorsieht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Winkelpositions­ verarbeitungssystems,

Fig. 2 eine blockschematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Umformerschaltung,

Fig. 3A und 3B detaillierte Schema-Darstellungen der digitalen Schaltung zum Verarbeiten des Codiersignals in der Umformerschaltung nach Fig. 2,

Fig. 4 und 5 Signalverläufe oder Schwingungsformen der Signale von zwei verschiedenartigen Codierern, die bei der Erfindung verwendet werden können, und

Fig. 6 Signalverläufe oder Schwingungsformen von Signalen an verschiedenen Stellen in der Umformer­ schaltung während der Verarbeitung des Ausgangs­ signals eines Resolvers.

Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, erhält eine Umformer­ signalverarbeitungsschaltung 10 über Eingangsleitungen A, B und Z von einem Winkelpositionsumformer 8 Signale. Bei dem Umformer 8 kann es sich um einen Resolver oder um einen Codierer handeln. Die Signale an den Eingangsleitungen vom Umformer 8 werden mit Hilfe eines Pegelschiebers 17 in TTL- Pegelsignale umgewandelt (TTL=Transistor-Transistor- Logik). Die Ausgangssignale des Pegelschiebers gelangen zu einer Umformerschaltung 18. Die Umformerschaltung 18 verar­ beitet die analogen Umformersignale in digitale Information, die dann ein Mikroprozessor 12 analysiert, und zwar zum Bestimmen der Winkelposition, welche von dem Umformer abgefühlt wird. Der Mikroprozessor 12 führt ein Programm aus, das in einem Festwertspeicher 14 gespeichert ist. Ein Schreib/Lese-Speicher oder Direktzugriffsspeicher (RAM) 16 dient zum Speichern von Daten, die von der Verarbeitungs­ schaltung empfangen und erzeugt werden.

Die Umformerschaltung 18 erhält auch ein Eingangs­ signal von einem herkömmlichen digitalen Meßgerät 6 nach Art einer Berührungssonde. Berührungssonden werden häufig in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen zum Erzeugen eines Signals verwendet, wenn der bewegliche Teil der Werkzeugmaschine auf einen Gegenstand trifft. Die Berührungssonde kann beispielsweise eingesetzt werden, um die Wände einer Öffnung in einem Werkstück abzutasten. Dadurch wird es der Werkzeugmaschine ermöglicht, die Abmessungen der Öffnung längs verschiedener Achsen präzise zu messen.

Eine Ausgestaltungs- oder Konfigurationsschaltung 20 speichert die Signalpegel an Eingangsleitungen 21, die Parameter zum Ausgestalten oder Auslegen der Umformer­ schaltung 18 definieren, so daß sie Eingangssignale von einem einer unterschiedlichen Vielfalt von Arten von Umformern 8 annimmt. Diese Eingangsleitungen sind mit einer Reihe von Konfigurationsschaltern (nicht gezeigt) verbunden. Während der Initialisierung der Verarbeitungsschaltung 10 addressiert der Mikroprozessor 12 die Konfigura­ tionsschaltung 20, und zwar zum Auslesen der verschiedenen Parameter und zum Konfigurieren der Umformerschaltung 18, was nachfolgend noch im einzelnen erläutert wird. Alternativ können die Konfigurationsparameter für die Umformerschaltung 18 auch im Festwertspeicher (ROM) 14 gespeichert sein. Diese Alternative hat allerdings den Nach­ teil, daß eine leichte Änderung der Parameter nicht möglich ist, falls eine andere Umformerart im System verwendet wird.

Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, sind der Mikroprozessor 12, der ROM 14, der RAM 16, die Umformerschaltung 18 und die Konfigurationsschaltung 20 über einen gemeinsamen Adreßbus 24 und einen gemeinsamen Datenbus 26 miteinander verbunden. Zusätzliche Leitungen (nicht gezeigt) erstrecken sich zwischen dem Mikroprozessor 12 und dem ROM 14 und RAM 16 und dienen zum Steuern des Auslesens und Einschreibens von Daten. Die beiden Busse 24 und 26 sind auch mit einem Ausgangslatch 28 verbunden, das die Umformersignalverar­ beitungsschaltung 10 schnittstellenmäßig mit einem externen Gerät verbindet, welches letztlich die abgetastete oder gemessene Winkelpositionsinformation verwendet. Obgleich es in Fig. 1 nicht dargestellt ist, verlaufen weitere Leitungen zwischen dem Mikroprozessor 12 und den anderen Kompo­ nenten oder Einheiten, und zwar zur Steuerung des Transfers von Daten in und aus den Komponenten.

Die Verarbeitungsschaltung 10 enthält auch einen Takt­ geber 22 zum Erzeugen von Takt- oder Zeitgabesignalen für den Mikroprozessor 12 und die Umformerschaltung 18. Insbe­ sondere liefert der Taktgeber 22 ein Taktsignal und ein Abtastsignal an die Umformerschaltung über Leitungen 56 beziehungsweise 61. Der Taktgeber liefert auch ein Zeit­ referenzsignal für einen Resolversignalgenerator 23. Der Signalgenerator 23 liefert in herkömmlicher Weise ein Sinus- und Kosinus-Signal aus dem Zeitreferenzsignal, die benötigt werden, wenn ein Resolver als Umformer 8 eingesetzt wird.

Fig. 2 zeigt die Einzelheiten der Umformerschaltung 18. Die drei Umformersignaleingangsleitungen A, B und Z sind mit einem Codierersignalverarbeiter 30 verbunden, der eine Quadraturerfassung, Indexerfassung und Signalfehler­ erfassung vorsieht. Der Codierersignalverarbeiter wird im folgenden Abschnitt beschrieben, der sich mit der Codierer­ betriebsartoperation befaßt. Der Codierersignalverarbeiter 30 erzeugt einen Satz von Steuersignalen für einen vorein­ stellbaren 16-Bit-Aufwärts/Abwärts-Positionszähler 36. Die Steuersignale des Codierersignalverarbeiters 30 umfassen Zähl­ freigabe, Zählrichtung und Zählvoreinstellung. Ein Zwei- Auf-Eins-Rücksetzmultiplexer 34 verbindet entweder das Rücksetzsignal vom Codierersignalverarbeiter 30 oder das Abtastsignal an der Leitung 61 mit einem Rücksetzanschluß 37 des Positionszählers 36, und zwar in Abhängigkeit von einem Betriebsartsignal. Das Zählvoreinstellungs- oder Vor­ einstellzählsignals bestimmt, welchen von zwei vorbestimmten Werten der Zähler beim Empfang eines Rücksetzsignals annimmt. Sowohl der Codierersignalverarbeiter 30 als auch der Positionszähler 36 empfangen das Taktsignal an der Leitung 56 vom Taktgeber 22.

Die Zähldaten des Positionszählers 36 werden kontinu­ ierlich parallel ausgegeben über einen Positionsbus 38 an die Dateneingänge eines Positionsregisters 40 und ein Berührungssondenregister 42. Jedes dieser Register hat einen einzigen 16-Bit-Speicherbereich zum Speichern der Digital­ zählung des Positionszählers 36. Wenn das Positions- und Berührungssondenregister 40 beziehungsweise 42 ein Frei­ gabesignal am jeweiligen Strobe- oder Markieranschluß erhalten, wird die Zahl, die am Positionsbus 38 anliegt, in dem betreffenden Register gespeichert.

Die Eingangsleitung B der Umformerschaltung 18 ist darüber hinaus mit einem Nulldurchgangsdetektor 46 verbunden, der einen positiven Ausgangsimpuls abgibt, immer wenn das Signal an der Eingangsleitung B einen Hoch-Nach-Tief- Nulldurchgang hat. Dieser Ausgangsimpuls wird einem Ein­ gang eines UND-Glieds 47 zugeführt. Der andere Eingang des UND-Glieds 47 erhält das Abtastsignal vom Taktgeber 22 über eine Leitung 61. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 47 ist mit einem Eingang eines Zwei-Auf-Eins-Markiersignalmulti­ plexers 44 verbunden. Der andere Eingang des Markiersignal­ multiplexers 44 (strobe signal multiplexer) erhält das Abtastsignal (sample signal) vom Taktgeber 22. Der Ausgang des Markiermultiplexers 44 ist mit dem Markieranschluß des Positionsregisters 40 verbunden, und zwar zum periodischen Freigeben dieses Registers zum Zwecke der Speicherung der Daten am Positionsbus 38.

Der Berührungssondeneingang der Umformerschaltung 18 ist mit einem Signaldetektor 50 verbunden, dessen Ausgangs­ anschluß mit dem Strobe- oder Markieranschluß des Berüh­ rungssondenregisters 42 verbunden ist. Der Berührungssonden­ signaldetektor 50 fühlt die Aktivierung der Berührungs­ sonde 6 ab, und zwar zur Erzeugung des Strobe- oder Markiersignalimpulses an seinem Ausgangsanschluß. Der Aus­ gangsanschluß des Berührungssondensignaldetektors 50 ist weiterhin mit einem Umformerschaltungsstatusregister 52 verbunden. Das Statusregister 52 speichert das Markier­ signal vom Berührungssondensignaldetektor 50 zum Anzeigen des Auftretens einer Berührungssondentriggerung. Andere Eingangssignale zum Statusregister 52 geben verschiedene Zustände des Codierersignalprozessors 30 an, wie es noch beschrieben wird. Der Inhalt des Statusregisters 52 wird vom Mikroprozessor periodisch ausgelesen, um das Auftreten verschiedener Umstände abzufühlen, beispielsweise die Berührungssondenaktivierung.

Der Codierersignalprozessor 30 erhält die Konfigura­ tionssignale vom Codiererkonfigurationsregister 54. Diese Signale konfigurieren den Codierersignalprozessor 30 für die spezifische Art von Codierer, die mit ihm verbunden ist.

Die Umformerschaltungsregister 40, 42, 52 und 54 sind sowohl mit dem Adreßbus 24 als auch mit dem Datenbus 26 der Umformersignalverarbeitungschaltung 10 verbunden. Diese Verbindungen ermöglichen es dem Mikroprozessor 12 Information vom Positionsregister 40, vom Berührungssondenregister 42 und vom Statusregister 52 zu lesen und darüber hinaus Konfigurationsdaten in das Codiererkonfigurationsregister 54 zu schreiben, und zwar während der Systeminitialisierung.

Resolverbetriebsart

Wie bereits oben vermerkt, kann die Umformersignalverarbeitungs­ schaltung 10 zur Verwendung mit einem Resolver für den Wandler oder Umsetzer 8 konfiguriert sein. Wie man Fig. 1 und 2 entnehmen kann, ist mit einer Leitung 58 ein von Hand betätigbarer Schalter 59 verbunden, mit dessen Hilfe an die Leitung 58 ein Betriebsartauswahlsignal mit einem hohen logischen Pegel gelegt werden kann, wenn die Verarbeitungs­ schaltung 10 in die Resolverbetriebsart gebracht werden soll. In diesem Modus oder in dieser Betriebsart erzwingen die Ausgangssignale des Codierersignalprozessors 30, daß der Positionszähler 36 derart konfiguriert ist, daß er fortwährend die Impulse des Taktsignals an der Leitung 56 zählt und auf einen Nullzählwert zurückgesetzt wird, wenn an den Anschluß 37 ein Signal mit niedrigem Pegel angelegt wird. Der hohe logische Pegel an der Betriebsartleitung 58 verursacht auch, daß der Rücksetzmultiplexer 34 das Abtastsignal vom Taktgeber 22 zum Rücksetzanschluß 37 des Positionszählers 36 weiterleitet. Der Strobe- oder Markier­ multiplexer 44 erhält ebenfalls das Betriebsartauswahl­ signal hohen Pegels und wird dadurch veranlaßt, das Aus­ gangssignal vom UND-Glied 47 zum Strobe- oder Markieran­ schluß des Positionsregisters 40 weiterzuleiten. Diese zuletzt genannte Weiterleitverbindung verursacht, daß das Positionsregister 40 am Positionsbus 38 auftretende Daten speichert, und zwar immer dann, wenn ein Nulldurchgang im Signal an der Umformereingangsleitung B auftritt, die das Ausgangssignal des Resolvers erhält.

Die Operation oder Arbeitsweise der Umformerschaltung 18 in der Resolverbetriebsart kann sehr gut unter Bezugnahme auf die Schwingenformen oder Signalverläufe beschrieben werden, die in Fig. 6 dargestellt sind. Die oberste Schwingungsform in Fig. 6 zeigt ein der Eingangsleitung B zugeführtes sinusförmiges Signal von der Rotorspule des Resolvers. Dieses Ausgangssignal wird in der Rotorspule des Resolvers als Folge der sinusförmigen und kosinusförmigen Erregersignale induziert, welche der Signalgenerator 23 liefert. Die Frequenz dieser sinus- und kosinusförmigen Erregersignale und damit auch diejenigen des Ausgangssignals des Resolvers beträgt 5 kHz, obgleich man auch andere Resolverfrequenzen wählen kann, insbesondere eine Frequenz in einem Bereich von 1 bis 10 kHz. Die Frequenz des Takt­ signals für die Umformerschaltung 18 an der Leitung 56 ist ein ganzzahliges Vielfaches der Ausgangssignalfrequenz des Resolvers. So kann das Taktsignal beispielsweise eine Frequenz von 20 MHz haben, was bedeutet, daß 4000 Perioden des Taktsignals auf eine Periode des 5-kHz-Resolvererreger­ signals fallen.

Der Taktgeber 22 erzeugt auch das Sample- oder Abtast­ signal mit einer Frequenz, die ein Viertel der Frequenz der Resolvererregersignale beträgt, das heißt, 1,25 kHz. Da sowohl das Abtastsignal als auch die Resolvererregersignale mittels desselben Taktgebers gewonnen werden, sind sie zueinander synchron. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel für die Signalverläufe weist das Abtastsignal einen Impuls niedrigen Pegels während einer Zeit auf, die bei T 0 beginnt und für eine Periode des Resolvererregersignals andauert. Danach nimmt das Abtastsignal für drei Perioden des Erregersignals einen hohen Signalpegel an. Die Abfallflanke des Abtastsignals zur Zeit T 0 setzt den Zählwert im Positions­ zähler 36 auf 0 zurück, und es beginnt eine neue Zählung der Taktsignalimpulse an der Leitung 56. Die Frequenzen der Erreger-, Takt- und Abtastsignale sind bezüglich der Dreh­ zahl oder Geschwindigkeit, mit der der Resolver seine Position ändert, hinreichend hoch, so daß bei der Positionsab­ fühlung die gewünschte Genauigkeit erzielt wird.

Unter Bezugnahme auf die Einzelheiten der Umformer­ schaltung nach Fig. 2 sei darauf hingewiesen, daß der Nulldurchgangsdetektor 46 an einem Knoten M ein Ausgangs­ signal hohen Pegels erzeugt, wenn das an der Leitung B auf­ tretende Resolverausgangssignal die Nullachse durchquert, und zwar von einem hohen Wert in Richtung auf einen niedrigen Wert. Der erste Nulldurchgang dieser Art, der kurz nach der Zeit T 0 auftritt, wird an einer Weiterleitung durch das UND-Glied 47 infolge des Abtastsignals niedrigen Pegels gehindert, das dem anderen Eingang des UND-Glieds 47 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 47 tritt an einem Knoten N auf, und der entsprechende Signalverlauf ist in Fig. 6 unter Bezugnahme auf eine entsprechende Bezeichnung dargestellt. Nimmt das Abtastsignal einen hohen Pegel an, gelangt das UND-Glied 47 in einen Zustand, in welchem sein Ausgangspegel dem Pegel des Signals am Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 46 entspricht. Daher wird von einer Zeit T 1 an, bei der der nächste Hoch-Nach-Tief-Null­ durchgang im Resolverausgangssignal auftritt, ein Impuls mit einem hohen logischen Wert vom Nulldurchgangsdetektor 46 über das UND-Glied und über den Multiplexer 44 dem Strobe- oder Markiereingang des Positionsregisters 40 zugeführt.

Dieser Markierimpuls veranlaßt, daß das Positions­ register 40 zu diesem Zeitpunkt den Zählwert des Positions­ zählers 36 speichert. Bezieht man sich beispielsweise auf die zuvor angegebenen Frequenzen, beträgt zur Zeit T 1 dieser Zählwert 5000. Zu einer Zeit T 2 tritt ein weiterer Hoch-Nach-Tief-Nulldurchgang im Resolverausgangssignal auf. Dadurch wird verursacht, daß das Positionsregister 40 mit dem laufenden Positionszählwert aktualisiert wird. So beträgt beispielsweise beim Zeitpunkt T 2 der Zählwert 9000. Gleichermaßen tritt zur Zeit T 3 ein weiterer Nulldurchgang dieser Art im Resolverausgangssignal auf, wodurch das Positionsregister 40 auf den gegenwärtigen oder laufenden Zählwert der Taktsignalimpulse aktualisiert wird. Zu diesem Zeitpunkt weist der Positionszähler 36 beispielsweise einen laufenden Zählwert von 13 000 auf.

Zu einer Zeit T 4 erscheint im Abtastsignal eine abfallende Flanke, die zusätzlich zu einer Rücksetzung des Positionszählers 36 dem Mikroprozessor 12 (Fig. 1) auch signalisiert, daß die Umformerschaltung 18 ein zur Verarbeitung gültiges Ausgangssignal aufweist, aus dem die Winkelposition des Resolvers abgeleitet werden kann. Der Mikroprozessor 12 spricht auf die Abfallflanke des Abtastsignals dadurch an, daß er über den Adreßbus 24 das Positionsregister 40 adressiert und den Inhalt dieses Registers über den Datenbus 26 ausliest. Das Auslesen des Inhalts des Positionsregisters 40 mittels des Mikroprozessors 12 erfolgt während eines Zeitraums, bei dem das Abtastsignal einen niedrigen Pegelzustand hat und daher der Inhalt des Positionsregisters 40 keine Änderung erfährt.

Steht der Rotor des Resolvers still, enthält das Positionsregister 40 über mehrere Abtastperioden denselben Wert. Ändert sich jedoch die Phase des Resolverausgangs­ signals, was bei einer Änderung in der Position des Resolverrotors der Fall ist, würde sich auch der endgültige Zählwert im Positionsregister 40 zur Zeit T 4 ändern. Beim obigen Beispiel betrug zur Zeit T 3 der Zählwert 13 000. Wäre der Nulldurchgang geringfügig vor der Zeit T 3 aufgetreten, wäre der Zählwert geringer, beispielsweise 12 000. Wenn sich daher der Resolver dreht, ändern sich die vom Positions­ register genommenen Abtastzählwerte in einem Ausmaß, das der Position des Rotors entspricht. Legt man die bei dem oben betrachteten Beispiel verwendeten Frequenzen zugrunde, ruft jede Änderung von 0,09° in der Position des Resolverrotors eine Änderung um 1 in dem gespeicherten Zählwert des Positionsregisters 40 hervor (360°/4000 Zählwerte pro Umdrehung).

Der Mikroprozessor 12 nimmt eine Modulo-4000- Arithmetik am Inhalt des Positionsregisters 40 vor, um die Position des Resolverrotors zu bestimmen. Die vom Mikropro­ zessor 12 zu lösende Gleichung lautet:

NP = |PC| MOD 4000 (1)

Führt man die arithmetische Operation bei dem obigen Beispiel aus, wobei der endgültige Positionszählwert (PC) im Positionsregister 40 zur Zeit T 4 gleich 13 000 ist, erhält man eine normalisierte Position (NP) von 1000. Diesen Wert kann man direkt als eine Anzeige der relativen Position des Resolverrotors verwenden, oder man kann ihn mit 0,09° multiplizieren, um die Position in Grad zu erhalten (beispielsweise 90°).

Wie man es dem Signalverlaufdiagramm nach Fig. 6 ent­ nehmen kann, stellt der zur Zeit T 4 ausgelesene Abtast­ zählwert die Position des Resolvers zur Zeit T 3 dar, die eine gewisse Zeitspanne vor der Zeit T 4 aufgetreten ist. Die Positionsdaten, die vom Mikroprozessor 12 verarbeitet werden, sind daher veraltet oder überholt, da sie nicht die Winkelposition zur Abtastzeit T 4 darstellen. Das Ausmaß des Überholtseins verändert sich mit der Rotorposition. Wenn darüber hinaus aus irgendeinem Grunde der Zählwert zur Zeit T 3 nicht abgetastet worden ist, wäre der Positionszählwert zur Zeit T 2 im Positionsregister 40 gespeichert. Obgleich der Zählwert zur Zeit T 2 unter Verwendung der Gleichung (1) eine gültige Positionsanzeige liefert, wäre das Resultat in einem hohen Maße veraltet oder überholt. Da aber die Daten in bezug auf das Rücksetzen des Positionszählers 36 zur Zeit T 0 zu einem festen Zeitpunkt verarbeitet werden, ist der Wert des Inhalts des Positionsregisters eine direkte Anzeige des Ausmaßes des Überholtseins der Positionszähl­ wertabtastung. Je größer die Zahl im Positionsregister 40 ist, um so aktueller ist der Abtastwert. Würde beispiels­ weise der vom Mikroprozessor verarbeitete Abtastwert zur Zeit T 2 gewonnen, wäre der Inhalt des Positionsregisters gleich 9000, wohingegen bei einer jüngeren Abtastung zur Zeit T 3 der Inhalt des Positionsregisters 13 000 betragen würde.

Der Inhalt des Positionsregisters wird herangezogen, um zu berechnen, wie weit in der Zeit zurückliegend der Abtastwert gewonnen wurde. Das Überholtsein oder die Zeit­ spanne zwischen dem letzten Zeitpunkt, zu dem ein Zählwert im Positionsregister 40 gespeichert worden ist, und der Zeit T 4 wird unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:

Überholtsein = SP - |PC × CP| (2)

Hierbei ist SP die Abtastsignalperiode, PC der Positionszählwert und CP die Taktsignalperiode. Mit den Signal­ frequenzen des betrachteten Ausführungsbeispiel beträgt im obigen Beispiel das Überholtsein der Abtastung zur Zeit T 3:

Überholtsein = 800 µsek - |13 000 × 50 nsek| = 150 µsek

Nachdem die Zeit des Überholtseins bestimmt worden ist, kann man sie heranziehen, um die aktuelle Position des Resolvers zur Zeit T 4 zu berechnen, nachdem der im Positionsregister 40 gespeicherte Zählwert ausgelesen ist. Wie bereits vorstehend bemerkt, sind die verschiedenen Signal­ frequenzen derart gewählt worden, daß die Positions­ abtastungen im Vergleich zum Ausmaß der Änderung der Winkel­ position des zu messenden Gegenstands mit einer relativ hohen Folgerate genommen werden. Das Ausmaß der Änderung in der Geschwindigkeit des sich drehenden Gegenstands bleibt daher von einer Berechnung durch den Mikroprozessor 12 bis zur nächsten Berechnung relativ konstant. Der Mikroprozessor 12 speichert die vorausgehend berechnete Winkelposition im RAM 16. Diese vorangegangene Position wird verglichen mit der gegenwärtig berechneten Position, um die Geschwin­ digkeit abzuleiten, das heißt das Ausmaß der Änderung der Resolverposition zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen. Da die Abtastungen zu im wesentlichen festen Zeitintervallen gewonnen werden, ist die Geschwindigkeits­ berechnung ein geradewegs durchzuführender Vorgang. Die berechnete Geschwindigkeit wird dann multipliziert mit der Zeit des Überholtseins, um die inkrementale Distanz zu gewinnen, um die sich der Resolver zwischen dem letzten Null­ durchgang (T 3) und der Zeit (T 4) weitergedreht hat, zu der die Abtastungen aus dem Positionsregister 40 ausgelesen werden. Diese inkrementale Distanz wird der Position zur Zeit T 3 hinzugefügt, und zwar wie berechnet nach der obigen Gleichung (1), um die tatsächliche oder aktuelle Position des Resolvers zur Zeit T 4 zu bestimmen, bei der die Abtastung vom Mikroprozessor 12 ausgelesen worden ist. Obgleich der Zeitpunkt, zu dem das Resolversignal einen Null­ durchgang hat, sich mit der Position des Resolvers ändert, kann man dieses Verfahren verwenden, um die tatsächliche Position des Resolvers auf feste Zeitpunkte zu projizieren, wie den Abtastzeitpunkt T 4.

Die Umformerschaltung 18 liefert in der Resolver­ betriebsart nicht nur einen Mechanismus zum digitalen Bestimmen der Position des Resolvers, sondern auch eine Technik zum Bestimmen des Überholtseins dieser Abtastung. Dies ermöglicht der Schaltung, die gemessene Position zu extrapolieren, und zwar zur Ableitung der Position des Resolvers zu einem bekannten Zeitpunkt.

Codiererbetriebsart

Wie bereits bemerkt, kann die Umformerverarbeitungs­ schaltung 10 derart konfiguriert werden, daß sie Signale sowohl von einem Inkrementalcodierer als auch von einem Resolver analysieren kann. Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 die Schaltung 10 mit einem Codierer verwendet werden soll, müssen verschiedenartige Signalparameter im Konfigurations­ register 54 der Umformerschaltung 18 gespeichert werden. Die Parameter werden mittels der Konfigurations­ schaltung 20 in das Konfigurationsregister 54 eingegeben. Diese Parameter definieren die Polarität der Eingangssignale und die Art der Schalt- oder Indeximpulse vom Codierer. Weiterhin ermöglichen oder verhindern diese Parameter andere Maßnahmen der Verarbeitungsschaltung 10, wie eine Störungsdetektion. Diese Konfigurationsparameter werden im Laufe der nachfolgenden Erläuterung der Arbeitsweise der Verarbeitungsschaltung 10 in der Codiererbetriebsart beschrieben.

Ein herkömmlicher Positionscodierer liefert zwei Signale, die hier mit A und B bezeichnet sind und zueinander in einer Quadratur oder 90°-Phasenbeziehung stehen. Für jeweils ein vorbestimmtes Drehausmaß der Codiererwelle wird für diese Signale ein Impuls erzeugt. Jede Umdrehung der Codiererwelle liefert beispielsweise 100 Impulse im Aus­ gangssignal. Fig. 4 zeigt die Phasenbeziehung zwischen dem Ausgangssignal A und dem Ausgangssignal B eines Codierers. Jede Signalperiode kann in vier Intervalle unterteilt werden, in denen die Pegel der Signale A und B vier verschiedene Zustände beschreiben. In Fig. 4 sind gestrichelt senk­ rechte Linien eingezeichnet, die diese Intervalle voneinander trennen. Durch Auszählen der Übergänge zwischen den Signalzuständen wird die Winkelposition der Codiererwelle bestimmt.

Einmal pro Umdrehung liefert der Codierer einen Impuls an die Leitung Z, der verwendet wird, um die Position des Codierers mit einem Index zu versehen. Typischerweise ist der Codierer in bezug auf die Position der Welle derart positioniert, daß der Indeximpuls bei der Nullgradposition der Welle auftritt. Der Indeximpuls initialisiert die Schaltung, welche die Codiererimpulse zählt.

Die Codiererhersteller haben verschiedene Indexsignal­ formate für ihre Geräte vorgesehen. Der Codierersignalver­ lauf nach Fig. 4 erzeugt beispielsweise einen Indeximpuls mit derselben Dauer wie der Impuls an der Ausgangsleitung B. Die in Fig. 5 dargestellte Codiererschwingungsform hat allerdings einen Indeximpuls mit einer Dauer, die gleich der Dauer von eineinhalb Perioden des Kanalsignals B ist. Obgleich die Verarbeitung des Indexsignals des Geräts nach Fig. 4 deswegen recht unproblematisch ist, weil die Indizierung vorgenommen werden kann, wenn alle drei Signale A, B und Z einen hohen logischen Pegel haben, ist die Verar­ beitung des in Fig. 5 dargestellten Indexsignals schwieriger. In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Geräts nach Fig. 5 tritt die Koinzidenz der hohen Pegel der drei Signale zum ersten Mal auf, wenn der Zählwert des Positions­ zählers 36 entweder drei oder sieben ist. Eine genaue pegelsensitive Indizierung ist somit bei dieser Art von Codierer nicht machbar. Man muß daher eine komplexe Indizierungstechnik auf der Grundlage von Impulsflanken verwenden, was später noch beschrieben wird. Die offenbarte Verar­ beitungsschaltung kann in einer solchen Weise konfiguriert werden, daß sie beide Arten von Codierersignal mit gleichem Grad an Genauigkeit verarbeitet.

Benutzt man das offenbarte System mit einem Codierer, erhält die Umformerschaltung nach Fig. 2 einen niedrigen logischen Pegel über die Betriebsartauswahlleitung 58 vom Schalter 59 (Fig. 1). Dieser logische Pegel verursacht, daß der Rücksetzmultiplexer 34 die Rücksetzsignalleitung vom Codierersignalprozessor 30 mit dem Positionszähler 36 ver­ bindet und den Betrieb des Codierersignalprozessors 30 ermöglicht. In ähnlicher Weise bringt der niedrige Betriebsart­ auswahlpegel den Markiermultiplexer 44 in einen Zustand, bei dem das Abtastsignal zu dem Freigabeeingang des Positionsregisters 40 weitergeleitet wird.

Um vollkommen zu verstehen, wie die Umformerschaltung nach Fig. 2 in der Codiererbetriebsart arbeitet, werden die Einzelheiten des Codierersignalverarbeiters 30 anhand von Fig. 3A und 3B beschrieben. Das Schaltungsteil nach Fig. 3A führt eine digitale Quadraturdetektion der Signale A und B aus, um die Drehrichtung zu bestimmen. Wie aus Fig. 3A ersichtlich, ist die Schaltung unterteilt in einen Eingabe­ abschnitt 62, einen Zwischenabschnitt 80 und einen Ausgabe­ abschnitt 84. Der Eingabeabschnitt 62 besteht aus drei Kanälen, und zwar jeweils einen für jedes der Eingangssignale A, B und Z. Die Signale A und B vom Codierer werden jeweils einem Eingang von separaten Exklusiv-ODER-Gliedern 60A beziehungsweise 60B im Eingangsabschnitt 62 zugeführt. Das Eingangssignal Z ist an einen Eingang eines Exklusiv-NOR- Glieds 60Z gelegt. Der andere Eingang von jedem der Ein­ gangsglieder 60A, 60B und 60Z erhält ein Signal vom Codiererkonfigurationsregister 54, das angibt, ob das jeweilige Codierersignal vor der weiteren Verarbeitung durch die Schaltung nach Fig. 3A invertiert werden soll. Wie bereits zuvor bemerkt, haben die Codierer von verschiedenen Herstellern Ausgangssignale unterschiedlicher Polarität. Das Konfigurationsregister 54 enthält drei Bits, die mit INVA, INVB und INVZ bezeichnet sind, welche dem jeweiligen anderen Eingang der drei Eingangsglieder 60A, 60B und 60Z zugeführt werden. Der logische Pegel dieser drei Bits bestimmt, ob das entsprechende zugehörige Codierereingangs­ signal invertiert wird. Die Eingangsglieder 60A, 60B und 60Z ermöglichen eine Anpassung der Verarbeitungsschaltung 10 an Codierersignale unterschiedlicher Polarität.

Der Eingangsabschnitt 62 des Codierersignalprozessors 30 enthält ferner sechs D-Flipflops 64A, 64B und 64Z sowie 66A, 66B und 66Z. Der D-Eingangsanschluß jedes der ersten Flipflops 64A, 64B und 64Z ist mit dem Ausgang des entsprechend bezeichneten Eingangsglieds 60A, 60B und 60Z verbunden. Der Nicht-Q-Ausgang jedes der ersten Flipflops 64A, 64B und 64Z ist mit dem D-Eingang des jeweils entsprechenden der zweiten Flipflops 66A, 66B und 66Z verbunden, wie es gezeigt ist. Der Takteingangsanschluß CLK jedes der Flipflops 64A, 64B und 64Z sowie 66A, 66B und 66Z ist mit der Taktsignalleitung 56 des Taktgebers 22 verbunden. Das Taktsignal verursacht, daß jedes der Paare von Flipflops 64 und 66, die mit der entsprechenden Eingangsleitung A, B oder Z verbunden sind, zwei aufeinanderfolgende binäre Abtastungen des Eingangssignals speichert. In Wirklichkeit ist es so, daß die zweiten Flipflops 66A, 66B und 66Z die Inversion der ersten Abtastungen speichern. Mit jedem vom Codierersignalprozessor 30 empfangenen Taktimpuls wird die Abtastung des ersten Flipflops 64 jedes der drei Kanäle A, B und Z in das zweite Flipflop 66 des jeweiligen Kanals geschoben. Zu dieser Zeit wird eine neue Abtastung des Signals für den jeweiligen Kanal genommen und temporär im ersten Flipflop 64A, 64B oder 64Z gespeichert.

Die Ausgangssignale der beiden Flipflops 64Z und 66Z für das Indexsignal erfordern keine weitere Verarbeitung durch die Schaltung nach Fig. 3A und werden daher direkt an Ausgangsanschlüsse ZO und ZN weitergeleitet, und zwar als Altes-Z-Abtastsignal (ZO) beziehungsweise als Neues-Z-Abtast­ signal (ZN). Der Nicht-Q-Ausgang des Flipflop 64Z gelangt zum Neuen-Z-Anschluß 115 (ZN) der Schaltung nach Fig. 3A, und der Q-Ausgang des Flipflop 66Z gelangt zum Alten-Z- Anschluß 114 (ZO) der Schaltung.

Die Ausgänge der Flipflop 64A und 64B sowie 66A und 66B des Eingangsabschnitts 62 sind mit acht NOR-Gliedern 71 bis 78 im Zwischenverar­ beitungsabschnitt 80 verbunden, wie es aus Fig. 3A hervorgeht. Jedes der NOR-Glieder 71 bis 78 vergleicht die beiden aufeinanderfolgenden Signalabtastungen der Flip­ flops 64 und 66 der jeweiligen Kanäle A und B. Die NOR- Glieder 71 bis 74 verarbeiten die A-Signalabtastungen, und die NOR-Glieder 75 bis 78 verarbeiten die B-Signalab­ tastungen. Ein Hoch-Ausgangssignal wird erzeugt von einem der vier NOR-Glieder 71 bis 74 sowie 75 bis 78 jedes Kanals A und B, das die logischen Pegel der beiden Signalab­ tastungen des betreffenden Kanals angibt. Das NOR-Glied 71 erzeugt einen hohen Ausgangspegel, wenn beide Signalab­ tastungen niedrige logische Pegel (Nullen) haben, das NOR- Glied 72 erzeugt einen hohen Ausgangspegel, wenn die erste Signalabtastung einen niedrigen logischen Pegel und die zweite Signalabtastung einen hohen logischen Pegel (eine Eins) aufweist. Gleichermaßen erzeugt das NOR-Glied 73 einen hohen logischen Pegel, wenn die erste Signalab­ tastung einen hohen logischen Pegel und die zweite Signal­ abtastung einen niedrigen logischen Pegel hat. Das vierte NOR-Glied 74 erzeugt einen hohen logischen Pegel, wenn beide Signalabtastungen hohe Pegel haben. Diese verschie­ denartigen Abtastzustände werden durch numerische Bit­ muster oberhalb jeder der Ausgangsleitungen der NOR-Glieder in Fig. 3A dargestellt. Gleichermaßen erfassen die B-Signal-NOR-Glieder 75 bis 78 einen ähnlichen Satz von Bit­ muster in den Signalabtastungen von diesem Kanal B.

Die Ausgänge der NOR-Glieder 71 bis 78 in dem Zwischenabschnitt 80 sind mit 16 primären NAND-Gliedern 82a bis 82p im Ausgangsabschnitt 84 verbunden, wie es aus Fig. 3A hervorgeht. Die primären NAND-Glieder 82a bis 82p erfassen separate Kombinationen der 16 möglichen Kombinationen der Ausgänge der acht NOR- Glieder 71 bis 78 des Zwischenabschnitts 80, wie es durch numerische Bitmuster an den Ausgangsleitungen der primären NAND-Glieder 82a bis 82p dargestellt ist. Die ersten beiden Bits jedes Musters stellen die A-Signalabtastungen, und die letzten beiden Bits jedes Musters stellen die B-Signalab­ tastungen dar. Der Ausgang des primären NAND-Glieds 82a bis 82p, der dem Bitmuster von zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen der Signale A und B entspricht, hat einen niedrigen logischen Pegel. Der Ausgang des obersten primären NAND-Glieds 82a hat beispielsweise einen niedrigen Pegel, wenn die beiden aufeinanderfolgenden Abtastungen des Signals A beide Nullbits sind und die beiden aufeinander­ folgenden Abtastungen des Signals B ebenfalls beide Null­ bits sind. In entsprechender Weise weist das unterste primäre NAND-Glied 82p einen niedrigen Ausgang auf, wenn alle vier Abtastungen der A- und B-Signalabtastung logische Einsen sind. Die anderen 14 primären NAND-Glieder 82b bis 82o entsprechen den übrigen Kombinationen der beiden Signalabtastungen vom Kanal A und der beiden Signalab­ tastungen vom Kanal B.

Die Ausgänge von den primären NAND-Gliedern 82a bis 82p sind mit den Eingängen von sechs sekundären NAND-Gliedern 90 bis 95 verbunden. Insbesondere geben die Ausgänge der primären NAND-Glieder 82c, 82e, 82l und 82n Signalproben­ muster an, die auftreten, wenn sich die Codiererwelle in einer in Fig. 4 eingezeichneten Richtung 100 dreht. Die Drehung in dieser Richtung 100 ist willkürlich als eine Inkrementierung oder Aufwärtszählung des Positionszählers 36 erzeugend definiert. Die Ausgänge dieser NAND-Glieder sind alle mit dem sekundären Aufwärtszähl-NAND-Glied 92 verbunden. Gleichermaßen geben die primären NAND-Glieder 82b, 82h, 82i und 82o eine Drehung in der entgegengesetzten Richtung 101 (Fig. 4) an, die als eine Dekrementierung oder Abwärtszählung des Positionszählers 36 erzeugend definiert ist. Die Ausgänge der zuletzt genannten vier NAND- Glieder sind mit dem sekundären Abwärtszähl-NAND-Glied 93 verbunden. Jeder der Ausgänge des sekundären Aufwärtszähl- beziehungsweise Abwärtszähl-NAND-Glieds 92 beziehungsweise 93 ist mit einem separaten Exklusiv-ODER-Glied 97 beziehungs­ weise 98 verbunden, um Codiererrichtungsanzeigesignale zu liefern. Der mit aufwärts (UP) bezeichnete Ausgang des Exklusiv-ODER-Glieds 97 ist mit dem Positionszähler 36 ver­ bunden, um die Richtung seiner Zählung festzulegen. Diese Exklusiv-ODER-Glieder 97 und 98 erhalten auch das Richtungsänderungsbit CDR vom Ausgang des Codiererkonfigurations­ registers 54, um die Zählerrichtungssignale zu invertieren, sofern dies für gewisse Codierer erforderlich ist. Der Ausgang der primären NAND-Glieder 82f, 82g, 82j und 82k sind mit dem sekundären Störungs- oder Fehler-NAND-Glied 91 verbunden. Ein niedriger Ausgangspegel von irgendeinem dieser vier primären NAND-Glieder 82f, 82g, 82j und 82k zeigt an, daß in den Signalen A und B ein Übergang gleichzeitig aufgetreten ist. Da diese beiden Signale aber in Quadratur (Phasenverschiebung um 90°) zueinander sind, können derartige gleichzeitige Übergänge rechtmäßig nicht auftreten. Ein solches Auftreten erzeugt daher ein Störungs- oder Fehler­ signal an einem Anschluß 119.

Der Ausgang der übrigen vier primären NAND-Glieder 82a, 82d, 82m und 82p ist mit dem sekundären NAND-Glied 90 verbunden. Ein niedriger Pegel am Ausgang von irgendeinem dieser primären NAND-Glieder tritt auf, wenn sich der Codierer nicht bewegt. Die Ausgänge von den sekundären NAND- Gliedern 90 und 91 führen zu einem ODER-Glied 96, um an einem Anschluß 121 ein aktives Niedrigpegel-Zähler-Frei­ gabesignal zu erzeugen.

Die Ausgänge der primären NAND-Glieder 82b, 82c, 82n und 82o sind noch mit einem sekundären NAND-Glied 94 verbunden, das an einen Anschluß 110 ein Ausgangssignal BX hohen Pegels abgibt, wenn ein gültiger Übergang des Signals B auftritt. Die primären NAND-Glieder 82h, 82n und 82p sind noch mit dem sekundären NAND-Glied 95 verbunden, um an einen Anschluß 117 ein Z-Aktiv-Signal (ZA) hohen Pegels abzugeben, das einen gültigen Zustand mit hohen Pegeln sowohl für das Signal A als auch das Signal B anzeigt.

Die Arbeitsweise des Quadratur-Detektorteils des in Fig. 3A gezeigten Codierersignalprozessors 30 wird am besten unter Bezugnahme auf die Codiererschwingungsformen oder Codierersignalverläufe verstanden, die in Fig. 4 darge­ stellt sind. Da die Ausgangssignale A und B in Quadratur zueinander beziehungsweise um 90° zueinander phasenver­ schoben sind, eilt das eine Signal dem anderen um 90° vor­ aus, und zwar in Abhängigkeit von der Drehrichtung 100 oder 101 des Codierers. Dreht sich der Codierer in der Richtung 100, eilt das B-Signal dem A-Signal voraus, wohingegen das Kanalsignal A vorauseilt, wenn sich der Rotor in der Richtung 101 dreht. Die Bewegung in der Richtung 100 ist will­ kürlich so definiert, daß sie eine Inkrementierung des Positionszählers 36 verursacht. Demgegenüber bewirkt eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung 101 eine Dekrementierung dieses Zählers. Bewegt sich beispielsweise der Codierer zur Zeit T 2 in der Richtung 100, sind die beiden Abtastungen des A-Kanals beide 0, und das B-Kanalsignal hat eine vorangegangene Abtastung von 1, und die gegenwärtige Abtastung ist 0. Diese Kombination von Abtastungen wird angezeigt durch einen hohen Pegel am Ausgang der NOR-Glieder 71 und 77 und einen niedrigen Pegel am Ausgang der übrigen NOR-Glieder. Dieser Ausgang liefert einen aktiven niedrigen Ausgang vom primären NAND-Glied 82c, das über das NAND- Glied 92 und das Exklusiv-ODER-Glied 97 weiterverbunden ist, um einen aktiven hohen Pegel am Aufwärtszählanschluß 112 zu erzeugen. Dieser hohe Pegel führt zum Positions­ zähler 36 und verursacht eine Inkrementierung seines Zähl­ wertes beim nächsten Taktimpuls.

Ähnliche Aufwärtszählanzeigen werden geliefert vom NAND-Glied 82e, wenn das Bitmuster 0100 ist, vom NAND-Glied 82l, wenn das Bitmuster 1011 ist, und vom NAND-Glied 82n, wenn das Bitmuster 1101 ist. Jedes dieser Bitmuster, das eine Aufwärtszählanzeige liefert, tritt auf, wenn sich der Codierer in der Inkrementierungsrichtung 100 dreht. Dreht sich der Codierer in der Dekrementierungsrichtung 101, erzeugen die NAND-Glieder 82b, 82h, 82i und 82o Ausgangs­ signale mit niedrigem Pegel, die die Drehung in dieser Richtung anzeigen. Der Ausgang von jedem dieser NAND- Glieder 82b, 82h, 82i und 82o ist mit dem Abwärtszähl-NAND- Glied 93 verbunden, dessen Ausgang über das Exklusiv-ODER- Glied 98 mit dem Abwärtszählsignalanschluß 113 verbunden ist, wie es aus Fig. 3A hervorgeht.

Die Ausgangssignale des in Fig. 3A dargestellten Quadraturabschnitts des Codierersignalprozessors 30 sind mit einem in Fig. 3B Indexsignalverarbeitungsabschnitt verbunden. Der Zweck der Indexsignalverarbeitungsschaltung besteht in der Überprüfung der Pegel der drei Eingangs­ signale A, B und Z, und die Schaltung dient zum periodischen Zurücksetzen des Positionszählers 36 beim Auftreten des Indexsignalimpulses. Wie noch weiter unten ersichtlich, kann der Codierersignalprozessor 30 derart konfiguiert werden, daß er verschiedene Arten von Indexschemen von verschiedenartigen Codierern handhaben kann.

Die Aufwärts- und Abwärtszählsignale vom Ausgabeab­ schnitt der Schaltung nach Fig. 3A gelangen über die Eingangsanschlüsse 112 und 113 zu dem J- beziehungsweise K-Eingang eines ersten Flipflop 125. Der Q-Ausgang des ersten J-K-Flipflop 125 ist mit einem von drei Eingängen eines ersten NAND-Glieds 126 verbunden. Darüber hinaus ist der Q-Ausgang mit einem Zählervoreinstell-Ausgangsanschluß 124 verbunden, der zum Positionszähler 36 führt. Der Nicht- Q-Ausgang des ersten Flipflop 125 ist mit einem Eingang eines zweiten NAND-Glieds 128 mit drei Eingängen verbunden. Die Altindexsignalabtastung ZO gelangt vom Anschluß 114 zu einem weiteren Eingang des zweiten NAND-Glieds 128 und über ein Umkehrglied 132 zu einem weiteren Eingang des ersten NAND-Glieds 126. Die Neuindexsignalabtastung ZN gelangt vom Anschluß 115 direkt zu jeweils einem Eingang des zweiten und dritten NAND-Glieds 126 und 130 sowie über ein Umkehr­ glied 134 zum dritten Eingang des NAND-Glieds 128. Das Z-Aktivsignal ZA wird vom Anschluß 117 einem weiteren Eingang des dritten NAND-Glieds 130 zugeführt.

Ein Signal vom Codiererkonfigurationsregister 54, das angibt, ob die Signalpegelindizierung freigegeben werden soll, gelangt über den Anschluß 122 zu einem weiteren Eingang des dritten NAND-Glieds 130. Ein weiteres Signal vom Codiererkonfigurationsregister 54, das alternativ anzeigt, daß die impulsflankensensitive Indizierung freigegeben werden soll, gelangt von dem Anschluß 123 zu den Löschan­ schlüssen CD (clear device) des ersten und zweiten J-K- Flipflop 125 und 136. Das Impulsflankenindizierungsfrei­ gabesignal am Anschluß 123 wird auch über ein Umkehrglied 138 dem vierten Eingang des dritten NAND-Glied 130 zuge­ führt.

Die Ausgänge des ersten und zweiten NAND-Glieds 126 und 128 sind mit den Eingängen eines viertes NAND-Glieds 140 verbunden, dessen Ausgang zum J-Eingangsanschluß des zweiten J-K-Flipflop 136 führt. Der Q-Ausgang des zweiten J-K-Flipflop 136 ist mit einem Eingang eines fünften NAND- Glieds 142 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Anschluß 110 für das B-Übergangssignal BX verbunden ist. Der Ausgang des fünften NAND-Glieds 142 ist über ein Umkehr­ glied 144 an den K-Anschluß des zweiten J-K-Flipflop 136 angeschlossen. Der Ausgang des fünften NAND-Glieds 142 ist außerdem mit einem sechsten NAND-Glied 146 verbunden, dem auch noch der Ausgang des dritten NAND-Glieds 130 zugeführt wird. Der Ausgang vom sechsten NAND-Glied 146 wird in einem Umkehrglied 148 invertiert, um an einem Anschluß 150 das aktive niedrige Positionszählerrücksetzsignal zu erzeugen. Der Anschluß 150 ist über den Rücksetzmultiplexer 34 (Fig. 2) mit dem Rücksetzanschluß 37 des Positionszählers 36 ver­ bunden.

Der Rücksetzanschluß 150 ist außerdem an einem Eingang eines siebten NAND-Glieds 152 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem D-Anschluß eines D-Flipflop 154 verbunden ist. Das Indexkennzeichenfreigabebit vom Codiererkonfigurations­ register 54 gelangt über den Anschluß 118 zum Löschanschluß CD des Flipflop 154. Der Nicht-Q-Ausgang des Flipflop 154 erzeugt am Anschluß 156 das Index-Gefunden-Kennzeichen- Signal, das auch dem anderen Eingang des siebten NAND- Glieds 152 zugeführt wird. Das Flipflop 154 dient als Datenlatch für ein Kennzeichen (flag), das anzeigt, daß die Indizierung stattgefunden hat. Der Anschluß 156 ist mit einem Bitspeicherbereich im Statusregister 52 (Fig. 2) verbunden. Das Flipflop 154 wird dadurch gelöscht, daß das Indexkennzeichenfreigabebit im Codiererkonfigurations­ register 54 zurückgesetzt wird.

Ein ähnliches als Latch dienendes Flipflop 158 dient zum Halten einer Quadraturstörungsanzeige. Das Quadratur­ störungssignal (fault) gelangt über den Anschluß 119 zu einem Eingang des NOR-Glieds 160. Ein hohes aktives Störungskennzeichenfreigabebit vom Codiererkonfigurations­ register 54 gelangt über einen Anschluß 120 zu dem aktiven niedrigen Setzanschluß SD des D-Flipflops 158. Der Q- Ausgang des Flipflops 158 liefert an einen Anschluß 162 ein Quadratur-Störungs-Kennzeichen-Signal, das dem Status­ register 52 zugeführt wird. Der Nicht-Q-Ausgang wird zum anderen Eingang des NOR-Glieds 160 zurückgeführt. Das Takt­ signal des Taktgebers 22 liegt an den Taktanschlüssen der Flipflops 125, 136, 154 und 158.

Wie bereits bemerkt, haben verschiedene Hersteller von Codierern unterschiedliche Mechanismen zum Erzeugen der Indizierungsanzeige verwirklicht. Wie es aus den Schwingungs­ formen nach Fig. 4 hervorgeht, hat das Index- oder Z-Signal einen Impuls hohen Pegels, der kürzer als eine Periode der Signale A und B ist. Mit dieser Art von Signalen vom Codierer tritt eine Indizierung auf, wenn alle drei Codierersignale einen hohen Pegel haben, wie es beim Zählintervall Null gezeigt ist. Diese Art der Indizierung wird Signalpegelindi­ zierung genannt. Bei dieser Art von Codierer braucht die Indizierschaltung lediglich den Pegel von jedem der drei Codierersignale zu erfassen und den Positionszähler 36 auf Null zurückzusetzen, wenn alle drei Signale einen hohen Pegel aufweisen.

Bei dieser Betriebsart hat die Bedienungsperson das Pegelindizierfreigabebit in dem Codiererkonfigurations­ register 54 gesetzt und das Flankenindizierfreigabebit zurückgesetzt. Das niedrige Flankenindizierfreigabebit, das dem in Fig. 3B dargestellten Anschluß 123 zugeführt wird, macht die Flipflops 125 und 136 unwirksam, wobei ein konti­ nuierliches Voreinstell-Signal (preset) niedrigen Pegels am Anschluß 124 erzeugt wird. Wird ein niedriges Flankenindi­ zierungsfreigabebit an den Anschluß 123 und ein Bit hohen Pegels an den Pegelindizierungsfreigabeanschluß 122 gelegt, sind zwei der vier Eingänge des NAND-Glieds 130 auf hohem Pegel. Wenn in diesem Zustand die Signale ZA und ZN beide einen hohen Pegel haben und eine Koinzidenz eines hohen Pegels jedes der drei Codiersignale A, B und Z anzeigen, liefert das NAND-Glied 130 einen niedrigen logischen Pegel. Aufgrund des niedrigen Ausgangssignals des NAND- Glieds 130 liefern das NAND-Glied 146 und das Umkehrglied 148 ein Positionszähler-Rücksetz-Signal (reset) niedrigen Pegels an den Anschluß 150. Das niedrige Rücksetz-Signal verursacht, daß der Positionszähler 36 seine Zählung initialisiert, und der niedrige Voreinstell-Pegel legt fest, daß der Zähler bei der Initialisierung auf Null zurückge­ setzt wird, wie es in der Zeile "Zählen" in Fig. 4 angegeben ist. Die Signalpegelindizierung initialisiert immer den Positionszähler 36 auf Null, und zwar unabhängig von der Drehrichtung des Codierers.

Von diesem Zeitpunkt an verursacht jeder nachfolgende Taktimpuls, der dem Positionszähler 36 zugeführt wird, daß der Zähler inkrementiert, wenn ein hoher Pegel an der Auf­ wärts-Leitung des Codierersignalprozessors 30 anliegt, oder dekrementiert, wenn die Aufwärts-Leitung einen niedrigen Pegel zeigt. Falls für einen gegebenen Taktimpuls ein Codierersignalübergang nicht aufgetreten ist, befindet sich die Freigabe-Leitung (enable) auf einem hohen logischen Pegel, wodurch der Zähler 36 zum Zählen von Taktimpulsen unwirksam gemacht wird.

Fig. 5 zeigt die Ausgangssignalverläufe für eine unterschiedliche Codiererart, bei der die Länge des Index­ impulses Z eineinhalb Perioden des Signals A oder B andauert. Wie es aus dem Schwingungsformdiagramm hervorgeht, sind alle drei Eingangssignale während Intervalle T 3 und T 7 auf einem hohen Pegel. Die Pegelindizierung würde somit an verschiedenen Stellen in Abhängigkeit von der Drehrichtung auftreten. Wenn diese Codiererart in Verbindung mit der offenbarten Signalverarbeitungsschaltung verwendet wird, benutzt daher die Schaltung zum Erzeugen der Indi­ zierung Impulsflanken anstelle der Pegel der drei Signale des Umformers. Weiterhin wird der Positionszähler 36 mit einem unterschiedlichen Initialisierzählwert geladen, und zwar in Abhängigkeit von der Drehrichtung bei der Indizierung.

Ist ein Codierer, der die Signalverläufe nach Fig. 5 erzeugt, mit der offenbarten Signalverarbeitungsschaltung verbunden, enthält das Codiererkonfigurationsregister 54 ein hohes Flankenindizierungsfreigabebit, das dem Anschluß 123 zugeführt wird, und ein niedriges Pegelindizierungs­ freigabebit, das dem Anschluß 122 (Fig. 3B) zugeführt wird. Bei dieser Betriebsart erzeugt jeder Impuls des Taktsignals einen hohen Q-Ausgang am ersten J-K-Flipflop 125, wenn sich der Codierer in der Richtung 100 bewegt, so daß am Anschluß 112 ein Aufwärts-Signal hohen Pegels anliegt. Bewegt sich der Codierer in der entgegengesetzten Richtung 101, erzeugt der Taktimpuls ein Q-Signal niedrigen Pegels, wenn ein hoher Abwärts-Pegel am Anschluß 113 vorhanden ist.

Unterstellt man, daß sich der Codierer in der Richtung 100 bewegt, dann hat das erste Flipflop 125 einen hohen Q-Pegel und erzeugt ein hohes Voreinstell-Signal am Anschluß 124. Die Schaltungsanordnung im oberen Teil von Fig. 3B erzeugt am Anschluß 150 ein Rücksetz-Signal mit niedrigem Pegel beim Auftreten des ersten Übergangs des B-Kanalsignals, wie es durch das B-Übergangssignal BX angezeigt ist, nach­ dem das Indexsignal Z einen Niedrig-Nach-Hoch-Übergang hat. Dies tritt beim Signalverlauf nach Fig. 5 zu einem Zeit­ intervall aus T₃ auf. Nach Empfang eines aktiven niedrigen Rücksetz-Signals vom Anschluß 150 spricht der Positionszähler 36 durch Initialisierung seiner Zählung an. Weil das Voreinstell-Signal an der Leitung 124 hoch ist, wird der Positionszähler 36 mit der Zahl 3 geladen, die angibt, daß sich der Codierer jetzt in der Position 3 befindet.

Beim Impulsflankenidizierungsbetrieb spricht die Schaltung nach Fig. 3B auf das Indizierungssignal in anderer Weise an, wenn sich der Codierer in der entgegengesetzten Richtung 101 bewegt. In diesem Fall ist das Abwärts- Signal an der Leitung 113 hoch, und das erste J-K-Flipflop 124 erzeugt ein Q-Ausgangssignal mit niedrigem Pegel. Das niedrige Q-Signal liefert an der Leitung 124 ein niedriges Voreinstell-Signal. Die Q- und Nicht-Q-Signale vom Flipflop 125 konfigurieren die Flankenverarbeitungsschaltung nach Fig. 3B ebenfalls in einer anderen Weise als für den Fall, bei dem sich der Codierer in der Richtung 100 dreht. Ein niedriges Rücksetz-Signal am Anschluß 150 wird beim ersten Übergang des B-Signals erzeugt, nachdem das Indexsignal einen Hoch-Nach-Niedrig-Übergang vollführt. Dies tritt im Zeitintervall T 0 auf. Da in diesem Fall das Voreinstell- Signal, das dem Positionszähler 36 zugeführt wird, niedrig ist, verursacht das Rücksetz-Signal, daß der Positionszähler seine Zählung mit Null initiiert. Die Indexverarbeitungs­ schaltung nach Fig. 3B liefert daher einen Mechanismus zum Initialisieren des Positionszählers 36 auf den geeigneten Wert als Antwort auf den Index-Impuls, und zwar ohne Rücksicht auf die Drehrichtung des Codierers.

Die Indexverarbeitungsschaltung nach Fig. 3B sieht auch ein Index-Gefunden-Latch 154 vor, das am Anschluß 156 ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Indizierung aufgetreten ist. Dieses Signal wird im Statusregister 52 gespeichert, um für den Mikroprozessor 30 eine Anzeige dafür vorzusehen, daß der Codierersignalprozessor einen Indexvor­ fall erfaßt hat. Gleichermaßen liefert das weitere Latch 158 eine Anzeige, wenn eine Quadraturstörung oder ein Quadraturfehler aufgetreten ist. Dieser Umstand wird ebenfalls im Statusregister 52 gespeichert, und zwar zum Zwecke des Abfühlens durch den Mikroprozessor 12, so daß eine geeignete Antwort gegeben werden kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ausgeführt, daß im Codiererbetrieb das Abtastsignal vom Taktgeber 22 über den Multiplexer 44 zum Freigabeeingang des Positionsregisters 44 gelangt. Beim Auftreten der Anstiegsflanke des Abtast­ signals speichert das Positionsregister 40 den Inhalt des Positionszählers 36, der zu dieser Zeit die Position des Codierers darstellt. Nach dem Inaktivwerden des Abtast­ signals liest der Mikroprozessor 12 (Fig. 1) den Inhalt des Positionsregisters 40 aus und überführt diesen Inhalt in geeignete formatierte Daten für das Ausgabe-Latch 28. Der Positionszählwert kann direkt als Anzeige der Position des Codierers verwendet werden, oder er kann mit 0,9° multi­ pliziert werden (die Anzahl der Grade zwischen Codierer­ signalzuständen).

Berührungssondenbetrieb

Zusätzlich zum Empfang von Meßsignalen vom Umformer 8 ist die Umformerschaltung 18 nach Fig. 2 auch mit der Berührungssonde 6 verbunden. Verschiedene Arten von Berührungssonden (auch digitale Meßsonden genannt) wurden bisher in herkömmlicher Weise in Verbindung mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen verwendet, um die aktuelle Position eines Bezugspunktes auf dem Werkstück zu bestimmen oder um verschiedene Abmessungen des Werkstücks zu messen. Typischerweise handelt es sich bei solchen Sonden um Präzisionsgrenzschalter, die am Kopf der Werkzeugmaschine montiert sind und bei Kontakt mit dem Werkstück in den geöffneten Zustand umschalten. Die numerisch gesteuerte Werk­ zeugmaschine spricht auf das Öffnen des Berührungssonden­ schalters dadurch an, daß sie die Position des Kopfes zu der Zeit speichert, zu der die Sonde betätigt wurde.

Die offenbarte Umformerschaltung 18 sieht ein Gerät zum Verarbeiten von Signalen solcher Berührungssonden vor. Der Berührungssondenabschnitt der Umformerschaltung 18 arbeitet in der gleichen Weise unabhängig davon, ob die Umformerschaltung 18 zum Betrieb mit einem Resolver oder zum Betrieb mit einem Codierer konfiguriert ist. Der Ausgang der Berührungssonde 6 ist mit dem Eingang eines Berührungs­ sondensignaldetektors 50 verbunden, der beim Öffnen des Berührungssondenschalters einen Signalimpuls erzeugt. Dieser Signalimpuls vom Berührungssondensignaldetektor 50 hat die Breite eines Taktimpulses. Der Ausgang des Berührungssonden­ signaldetektors ist mit dem Strobe- oder Markiereingang des Berührungssondenregisters 42 verbunden, so daß der Aus­ gangsimpuls das Register veranlaßt, den Zählwert vom Positionszähler 36 zu speichern. Dieser gespeicherte Zählwert stellt die Position des Umformers 8 zu einem Zeitpunkt dar, bei dem die Berührungssonde betätigt oder aktiviert wird.

Der Impulssignalausgang des Berührungssondendetektors 50 ist auch mit einem Eingang des Statusregisters 52 verbunden, so daß ein Bit in diesem Register gesetzt wird, wenn der Berührungssondendetektor aktiv wird. Perioden­ mäßig, beispielsweise einmal während jeder Periode des Abtastsignals, wird der Inhalt des Statusregisters vom Mikro­ prozessor 12 gelesen. Bezüglich des Berührungssonden­ betriebs überprüft dann der Mikroprozessor 12 das Status­ registerbit, das der Berührungssondenschaltung entspricht. Falls dieses Bit gesetzt ist, adressiert der Mikroprozessor 12 das Berührungssondenregister 42 und liest den Positionszählwert, der zu dem Zeitpunkt genommen wurde, als die Berührungssonde 6 betätigt oder aktiviert worden ist. Der Mikroprozessor 12 verarbeitet dann die Positionsinfor­ mation in Abhängigkeit von der Betriebsart, das heißt Resolver- oder Codiererbetrieb, in welcher das Positions­ fühlersystem konfiguriert ist. Diese Verarbeitung bestimmt die tatsächliche oder aktuelle Position des Umformers und damit tatsächliche oder aktuelle Position des Umformers und damit der Berührungssonde 6 zum Zeitpunkt der Berührung mit dem Werkstück.

Claims (9)

1. System zur Verarbeitung von Signalen eines Umformers zum Überwachen der Winkelposition eines drehbaren und in der Drehrichtung umkehrbaren Teils, welcher Umformer entweder ein Codierer ist, der ein erstes und ein zweites Signal liefert, wobei die Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Signalen die Drehrichtung des drehbaren Teils angibt und die Anzahl der Amplitudenübergänge in diesen beiden Signalen bezogen auf einen vom Codierer gelieferten Indeximpuls ein Maß für die Winkelposition des drehbaren Teils darstellt, oder welcher Umformer ein Resolver ist, der ein Ausgangssignal liefert, dessen Phase sich mit der Winkelposition des drehbaren Teils ändert, welches System enthält:

• a) einen ersten, einen zweiten und einen dritten Eingangsanschluß (A, B, Z) zum Verbinden des Umformers (8) mit dem System, wobei der erste Eingangsanschluß (A) das erste Signal des Codierers erhält, der zweite Eingangsanschluß (B) das zweite Signal des Codierers oder das Ausgangssignal des Resolvers erhält und der dritte Eingangsanschluß (Z) den Indeximpuls vom Codierer erhält,
• b) eine Signalquelle (22) zum Bereitstellen eines impulsförmigen Taktsignals und eines Abtastsignals,
• c) ein mit dem zweiten Eingangsanschluß (B) verbundener Nulldurchgangsdetektor (46) zum Erfassen von Nulldurchgängen des diesem Eingangsanschluß zugeführten Signals,
• d) einen mit den drei Eingangsanschlüssen verbundenen Signalprozessor (30) zum Erfassen der Phasenbeziehung zwischen den dem ersten (A) und zweiten Eingangsanschluß (B) zugeführten Signalen zum Erzeugen eines Drehrichtungssignals, das die Drehrichtung des drehbaren Teils angibt, und eines Zählerfreigabesignals und zum Erzeugen eines Zählerrücksetzsignals in Abhängigkeit von den den drei Eingangsanschlüssen (A, B, Z) zugeführten Signalen,
• e) eine Zähleinrichtung (36) zum Zählen der Impulse des Taktsignals in Abhängigkeit von einem Signal, das einem Freigabeanschluß der Zähleinrichtung zugeführt wird, wobei die Zähleinrichtung von einem Signal abhängt, das einem Zählrichtungseingabeanschluß der Zähleinrichtung zugeführt wird und die Zähleinrichtung eine Initialisierungseinrichtung enthält, die in Abhängigkeit von einem einem Rücksetzanschluß der Zähleinrichtung zugeführten Signal den Zählwert der Zähleinrichtung auf einen vorgegebenen Wert initialisiert,
• f) ein erstes Positionsregister (40) zum Speichern eines Zählwerts der Zähleinrichtung (36) in Abhängigkeit von einem Signal, das einem Freigabeanschluß des ersten Positionsregisters zugeführt wird, und
• g) eine Betriebsartauswahleinrichtung (58, 59) zur Schaltung des Systems in eine Codiererbetriebsart oder eine Resolverbetriebsart, wobei in der Codiererbetriebsart das Zählerrücksetzsignal des Signalprozessors (30) dem Rücksetzanschluß der Zähleinrichtung (36) zugeführt ist, das Abtastsignal der Signalquelle (22) dem Freigabeanschluß des ersten Positionsregisters (40) zugeführt ist, das Drehrichtungssignal des Signalprozessors (30) dem Zählrichtungseingabeanschluß der Zähleinrichtung (36) zugeführt ist und das Zählerfreigabesignal des Signalprozessors (30) dem Freigabeanschluß der Zähleinrichtung (36) zugeführt ist, und wobei in der Resolverbetriebsart ein Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors (46) dem Freigabeanschluß des ersten Positionsregisters (40) zugeführt ist, das Abtastsignal der Signalquelle (22) dem Rücksetzanschluß der Zähleinrichtung (36) zugeführt ist und die Zähleinrichtung (36) kontinuierlich zum Zählen in einer Richtung freigegeben ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (30) enthält:

• eine erste und eine zweite Abtasteinrichtung (64A, 66A, 64B, 66B), von denen eine mit dem ersten Eingangsanschluß (A) und die andere mit dem zweiten Eingangsanschluß (B) verbunden ist, zum Abtasten der Signale an diesen Eingangsanschlüssen und
• eine Vergleichseinrichtung (80, 84) zum Vergleichen von zwei aufeinanderfolgenden Signalabtastungen, die mittels der ersten Abtasteinrichtung gewonnen worden sind, mit zwei aufeinanderfolgenden Signalabtastungen, die mittels der zweiten Abtasteinrichtung gewonnen worden sind, zum Erzeugen des Drehrichtungssignals und des Zählerfreigabesignals.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (30) ferner enthält:

• eine dritte Abtasteinrichtung (64Z, 66Z) zum Abtasten des dem dritten Eingangsanschluß (Z) zugeführten Signals in Abhängigkeit vom Taktsignal,
• wobei die Vergleichseinrichtung (80, 84) auch ein Signal erzeugt, das anzeigt, wenn die dem ersten (A) und zweiten Eingangsanschluß (B) zugeführten Signale beide einen ersten Signalpegel aufweisen, und
• eine mit der Vergleichseinrichtung (80, 84) und der dritten Abtasteinrichtung (64Z, 66Z) verbundene Einrichtung zum Erzeugen des Zählerrücksetzsignals, wenn die Signale an allen drei Eingangsanschlüssen (A, B, Z) den ersten Signalpegel aufweisen.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (30) ferner enthält:

• eine dritte Abtasteinrichtung (64Z, 66Z) zum Abtasten des dem dritten Eingangsanschluß (Z) zugeführten Signals in Abhängigkeit vom Taktsignal zum Erfassen des Indeximpulses,
• wobei die Vergleichseinrichtung (80, 84) auch ein Signal erzeugt, das anzeigt, wenn das Signal an einem der ersten beiden Eingangsanschlüsse (A, B) einen Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten Signalpegel aufweist, und
• eine Einrichtung zum Erzeugen des Zähler­ rücksetzsignals, wenn sich das drehbare Teil beim Auftreten des ersten Übergangs in dem Signal an einem der ersten beiden Eingangsanschlüsse (A, B) während des Indeximpulses in der einen Richtung dreht oder wenn sich das drehbare Teil beim Auftreten des ersten Übergangs in dem Signal an einem der ersten beiden Eingangsanschlüsse (A, B) nach dem Ende des Indeximpulses in der anderen Richtung dreht.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Zählerrücksetzsignals enthält:

• eine Einrichtung zum Setzen der Zähleinrichtung (36) auf einen ersten Wert beim Auftreten des Rücksetzsignals, wenn sich das drehbare Teil in der einen Richtung dreht, und zum Setzen des Zähleinrichtung (36) auf einen zweiten Wert beim Auftreten des Rücksetzsignals, wenn sich das drehbare Teil in der anderen Richtung dreht.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (30) eine Störungsdetektions­ schaltung enthält, die dazu dient, ungültige Zustände der Signale am ersten und zweiten Eingangsanschluß (A, B) zu erfassen.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (30) eine mit der Betriebsartauswahleinrichtung (58, 59) verbundene Einrichtung (64A, 64B, 66A) enthält, die in der Resolverbetriebsart das der Zähleinrichtung (36) zugeführte Drehrichtungssignal auf einen Signalpegel zum Zählen in der einen Richtung hält.

8. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zweites Positionsregister (42) zum Speichern des Zählwerts der Zähleinrichtung (36) in Abhängigkeit von einem einem vierten Eingangsanschluß zugeführten Freigabesignal.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Resolverbetriebsart die Zufuhr des Ausgangssignals des Nulldurchgangsdetektors (46) zum Freigabeanschluß des ersten Positionsregisters (40) über ein vom Abtastsignal angesteuertes UND-Glied (47) erfolgt.