Die Erfindung beschreibt Vorrichtung und Schaltung, mit denen
besondere mechanische Abweichungen rotierender Winkelteilungen
elektronisch korrigiert werden. Rotationsimpulsgeber
werden immer häufiger für sehr genaue Regelungen eingesetzt,
weil sie keine analogen Abweichungen, wie Temperatur- und
Belastungsabhängigkeit haben. Die Genauigkeit ist fest an die
Teilungs- und Abtastgenauigkeit gekoppelt. Letztere ist insbesondere
eine Frage der Rundlaufabweichungen, sowie der Verzerrung
der Teilung (Exzentrizität und Elliptizität).The invention describes the device and circuit with which
special mechanical deviations of rotating angular divisions
be corrected electronically. Rotation pulse generator
are increasingly used for very precise regulations,
because they have no analog deviations, such as temperature and
Have load dependency. The accuracy is fixed to that
Division and scanning accuracy coupled. The latter is special
a question of runout and distortion
the division (eccentricity and ellipticity).
Die Exzentrizität führt dazu, daß die gemessene Frequenz an
der Stelle des kleinsten Drehradius zu klein, diametral gegenüber
beim größten Radius zu groß gemessen wird. Die Frequenzabweichungen
sind außerordentlich klein und erscheinen als
Phasenschwankungen. Dies bedeutet eine Periode der Abweichung
vom Sollwert pro Umdrehung eines solchen Gebers. Durch Einsatz
von zwei diametral gegenüberliegenden Abtastsystemen und
Addition der daraus gewonnenen Signale kann diese Abweichung
unterdrückt werden. Das Verfahren hierzu ist z. B. durch die
inzwischen erloschene OS 27 11 513 vom 13. 7. 1977 bekannt. Bedingung
hierfür ist, daß die Phasenabweichung der durch die
Teilung gegebenen Signalperioden der beiden Abtastköpfe
wesentlich kleiner als 180° bleibt, da hier die Addition
dieser Signale Null ergibt.
The eccentricity leads to the measured frequency
the position of the smallest turning radius is too small, diametrically opposite
is measured too large at the largest radius. The frequency deviations
are extremely small and appear as
Phase fluctuations. This means a period of deviation
from the setpoint per revolution of such an encoder. Through commitment
of two diametrically opposed scanning systems and
Adding the signals obtained from this can cause this deviation
be suppressed. The procedure for this is e.g. B. by the
OS 27 11 513 from July 13, 1977, which has since expired. condition
for this is that the phase deviation caused by the
Division given signal periods of the two scanning heads
remains much smaller than 180 °, since here the addition
of these signals gives zero.
Die Elliptizität führt dazu, daß als Abweichung vom Sollwert
zwei Abweichungsperioden pro Umdrehung auftreten. Die Kompensation
dieser Abweichung ist nach dem in der OS 27 11 513
geschilderten Verfahren nicht möglich. Es tritt hier sogar
durch die Addition die doppelte Amplitude auf, da die Maxima
der Abweichung um 180° versetzt sind. Zur Kompensation scheint
es zunächst notwendig, ein zweites, um 90° versetztes Paar
Meßköpfe anzuordnen, deren Signale hinzuaddiert werden. Die
Offenlegungsschrift DE 37 26 260 weist eine solche Anordnung mit
vier Abtaststellen aus. Eine Vervierfachung der Meßstellen
bedeutet natürlich einen teureren mechanischen Aufwand und
eine wesentlich schwierigere Justierung, sodaß eine Verminderung
der Meßstellenzahl lohnend ist. Außerdem muß mit wachsender
Anzahl der Abtastköpfe die maximale Abweichung noch
kleiner gehalten werden.The ellipticity leads to a deviation from the target value
two deviation periods occur per revolution. The compensation
this deviation is after that in OS 27 11 513
described procedures not possible. It even occurs here
by adding twice the amplitude, since the maxima
the deviation is offset by 180 °. For compensation seems
it is first necessary to create a second pair, offset by 90 °
Arrange measuring heads whose signals are added. The
Patent application DE 37 26 260 has such an arrangement
four sampling points. A quadrupling of the measuring points
means of course a more expensive mechanical effort and
a much more difficult adjustment, so that a reduction
the number of measuring points is worthwhile. In addition, with growing
Number of scanning heads the maximum deviation yet
be kept smaller.
Erfindungsgemäß werden die beschriebenen Nachteile durch die
Anordnungen nach den Ansprüchen 1-5 behoben.According to the invention, the disadvantages described are due to the
Arrangements according to claims 1-5 fixed.
Fig. 1 stellt eine Abtasteinrichtung dar, deren Teilung eine
elliptische Abweichung vom idealen Wert aufweist. Auf der
rotierenden Teilung 1 ist dies durch die unterschiedlichen
Teilungsintervalle 6-9 stark übertrieben dargestellt. Beim
Rotieren der Teilscheibe 1 im Uhrzeigersinn an einem Abtastkopf
vorbei ergeben die Segmente 6 und 8 keine, das Segment 7
eine positive (zu hohe Frequenz) und das Segment 9 eine
negative Abweichung (zu kleine Frequenz). Fig. 1 shows a scanner, the division of which has an elliptical deviation from the ideal value. On the rotating graduation 1 , this is exaggerated by the different graduation intervals 6-9 . When the indexing disk 1 rotates clockwise past a scanning head, the segments 6 and 8 result in none, the segment 7 a positive (too high frequency) and the segment 9 a negative deviation (too low frequency).
An Abtastkopf 3 entsteht dadurch der in Fig. 2 dargestellte
Verlauf 10 der Frequenzabweichung Δf. Er ist sinusförmig und
tritt mit einer Periode pro Umdrehung auf.The curve 10 of the frequency deviation Δf shown in FIG. 2 thus arises on the scanning head 3 . It is sinusoidal and occurs with one period per revolution.
Analog hierzu wird durch den Abtastkopf 4 die Frequenzabweichung
11 und durch Abtastkopf 5 der Abweichungsverlauf 12
erzeugt. Durch die vorzugsweise um 120° versetzt montierten
Abtastköpfe 3, 4 und 5 sind auch die dazugehörenden Abweichungen
10, 11 und 12 um 120° phasenversetzt. Sie haben, da sie
von der gleichen Teilung erzeugt werden, gleiche Amplituden
und heben sich deshalb durch Addition auf.Analogously to this, the frequency deviation 11 is generated by the scanning head 4 and the deviation curve 12 by the scanning head 5 . Due to the scanning heads 3 , 4 and 5 which are preferably offset by 120 °, the associated deviations 10 , 11 and 12 are also phase-shifted by 120 °. Since they are generated by the same division, they have the same amplitudes and are therefore canceled out by addition.
In Fig. 3 ist die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt,
mit dem Unterschied, daß die Teilung 2 eine Elliptizitätsabweichung
darstellt. 13 und 15 symbolisieren eine positive
Abweichung vom Sollwert (zu hohe Frequenz), während durch 14
und 16 eine negative Abweichung (zu niedrige Frequenz) dargestellt
ist. Bei Rotation der Teilung entsteht im Abtastkopf 3
der in Fig. 4 dargestellte Abweichungsverlauf 17, welcher nun
zwei Perioden pro Umdrehung aufweist. Analog hierzu wird durch
den Abtastkopf 4 die Abweichung 18 und durch Abtastkopf 5 der
Abweichungsverlauf 19 erzeugt. Durch die auch in diesem Fall
vorzugsweise um 120° versetzt montierten Abtastköpfe 3, 4 und
5 sind auch die dazugehörenden Frequenzabweichungen 17, 18 und
19 um 120° phasenversetzt. Sie haben, da sie von der gleichen
Teilung erzeugt werden, gleiche Amplituden und heben sich
durch Addition ebenfalls auf.In Fig. 3 the same arrangement as in Fig. 1 is illustrated, with the difference that the division 2 is a Elliptizitätsabweichung. 13 and 15 symbolize a positive deviation from the target value (frequency too high), while 14 and 16 represent a negative deviation (frequency too low). When the graduation rotates, the deviation curve 17 shown in FIG. 4 arises in the scanning head 3 , which now has two periods per revolution. Analogously to this, the deviation 18 is generated by the scanning head 4 and the deviation curve 19 by the scanning head 5 . Because of the scanning heads 3 , 4 and 5, which are preferably also offset by 120 ° in this case, the associated frequency deviations 17 , 18 and 19 are also phase-shifted by 120 °. Since they are generated by the same division, they have the same amplitudes and are also canceled out by addition.
Das so beschriebene Kompensationsverfahren ist auch bei
gleichzeitigem Auftreten der Exzentrizitäts- und der Elliptizitätsabweichung
wirksam. Die maximale Signalphasenabweichung
muß jedoch kleiner als 120° sein, da sonst Signalauslöschung
auftritt und eine weitere Auswertung unmöglich
wird.The compensation method described in this way is also for
simultaneous occurrence of the eccentricity and the ellipticity deviation
effective. The maximum signal phase deviation
must however be less than 120 °, otherwise signal cancellation
occurs and a further evaluation impossible
becomes.
Fig. 5 zeigt als Blockschaltbild das Beispiel für eine digitale
Auswertung der von den Abtastköpfen kommenden Signale
einschließlich der Kompensation der vorbeschriebenen Abweichungen.
Das hierbei angewandte Verfahren erlaubt eine
Abweichungsunterdrückung auch dann, wenn die maximale Phasenabweichung
größer als 120° einer Teilungsperiode ist. Das analoge
Ausgangssignal der Abtastköpfe 3, 4 und 5 wird in den
Verstärkerstufen 20, 21 und 22 in Rechtecksignale umgewandelt
und den Vorteilerstufen 23, 24 und 25 zugeführt. Letztere
werden benötigt, um bei hohen Impulsausgangsfrequenzen der
Abtastköpfe 3, 4 und 5 eine Impulsdauermessung über mehrere
Perioden durchführen zu können. Über die Schalter 26, 27 und
28 gelangen die Signale zu den Impulsformerstufen 29, 30 und
31. Die Signalflanken generieren hier schmale Steuerimpulse,
welche den jeweiligen Zählerstand des Zählers 36 in den
Speichern 32, 33 und 34 zwischenspeichern. Der Zähler 36 wird
von einem HF-Oszillator 35 gespeist und zählt kontinuierlich.
Weiterhin werden die schmalen Steuerimpulse von den Impulsformerstufen
29, 30 und 31 einem Mikroprozessor 37 an den
Interrupteingängen 38, 39 und 40 zugeführt. Der Prozessor
seinerseits ruft darauf nacheinander die zwischengespeicherten
Werte aus den Gruppen 32, 33 und 34 über die Porteingänge 41,
42 und 43 ab. Aus diesen und den ein Intervall vorher
aufgenommenen Werten ist die Berechnung und die Mittelwertbildung
für die Periodendauer möglich. Diese kann, wenn gefordert,
als Frequenz oder Drehzahl als Ausgangswert an nachfolgende,
hier nicht weiter gezeigte Schaltanordnungen weitergeleitet
werden. Die Umschalter 26, 27 und 28 können je nach
Anforderung durch den Ausgang 44 des Prozessors gesteuert
werden. Fig. 5 shows a block diagram of the example of a digital evaluation of the signals coming from the scanning heads, including the compensation of the above-described deviations. The method used here allows a deviation suppression even if the maximum phase deviation is greater than 120 ° of a division period. The analog output signal of the scanning heads 3 , 4 and 5 is converted into square wave signals in the amplifier stages 20 , 21 and 22 and fed to the advantage stages 23 , 24 and 25 . The latter are required in order to be able to carry out a pulse duration measurement over several periods at high pulse output frequencies of the scanning heads 3 , 4 and 5 . The signals arrive at pulse shaping stages 29 , 30 and 31 via switches 26 , 27 and 28 . The signal edges here generate narrow control pulses, which buffer the respective counter reading of the counter 36 in the memories 32 , 33 and 34 . The counter 36 is fed by an RF oscillator 35 and counts continuously. Furthermore, the narrow control pulses from the pulse shaping stages 29 , 30 and 31 are fed to a microprocessor 37 at the interrupt inputs 38 , 39 and 40 . The processor in turn then successively calls up the temporarily stored values from groups 32 , 33 and 34 via port inputs 41 , 42 and 43 . From these and the values previously recorded an interval, the calculation and averaging for the period is possible. If required, this can be passed on as frequency or speed as an output value to subsequent switching arrangements not shown here. The changeover switches 26 , 27 and 28 can be controlled by the output 44 of the processor, depending on the requirements.