CH683641A5 - Converting measurement signal of absolute position measuring pick=up - Comparing measurement signal of each cycle at interface with incremental sum produced in process - Google Patents
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Abstract
Description
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CH 683 641 A5 CH 683 641 A5
Beschreibung description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Signalwandlung, insbesondere für die Wandlung des Messsignales eines Positionsmessgebers, und auf eine Schnittstelle zu einem Absolutmessgeber, insbesondere zu einem Positionsmessgeber, gemäss den entsprechenden, unabhängigen Patentansprüchen. Das Ausgangssignal des Absolutmessgebers wird dabei in der Schnittstelle gemäss dem Verfahren gewandelt. The invention relates to a method for signal conversion, in particular for converting the measurement signal of a position encoder, and to an interface to an absolute encoder, in particular to a position encoder, according to the corresponding, independent patent claims. The output signal of the absolute encoder is converted in the interface according to the procedure.
Messgeber, insbesondere Winkelgeber oder Lineargeber sind als zwei Typen bekannt: als Inkremen-talmessgeber und als Absolutmessgeber. Während das Ausgangssignal des Inkrementalmessgebers nur die Veränderung des Messwertes und die Richtung dieser Veränderung enthält, beinhaltet das Ausgangssignal des Absolutmessgebers zu jedem Zeitpunkt auch den absoluten Wert bezogen auf einen Nullpunkt. Das Signal des Inkrementalmessgebers, das im wesentlichen aus Pulsen pro Veränderungseinheit besteht, wird bei der Weiterverarbeitung, beispielsweise für eine Steuerung oder Regulierung, in den Fällen, in denen auch ein Absolutwert registriert werden soll, auf einen Zähler geschaltet, der die einzelnen Inkremente aufsummiert und damit eine Information erzeugt, die der Information eines Absolutgebers in etwa entspricht. Dies mit einem wichtigen Unterschied: Beim Einschalten oder nach einem Stromunterbruch müssen derartige Systeme durch einen Initiierungsschritt in einen definierten Zustand gebracht werden, das heisst der Zähler wird auf Null gesetzt. Dies bedingt aber, dass ohne besondere Massnahmen die zufällige Position des Gebers, die er nach dem Einschalten oder nach dem Stromunterbruch einnimmt, als Nullstellung interpretiert wird. Aus diesem Grunde werden Inkrementalmessgeber üblicherweise derart gesteuert, dass sie nach dem Einschalten oder nach einem Stromunterbruch automatisch durch eine Nullfahrt initiiert werden. Das heisst mit anderen Worten, dass die entsprechende Steuerung beispielsweise den von dem entsprechenden Inkrementalgeber überwachten Maschinenteil in eine durch andere Mittel definierte Nullposition fährt und dann den Zähler auf Null setzt. Eine derartige Initiierung stellt eine physische Nullfahrt dar. Diese benötigt Zeit und zusätzliche Sensorik und vor allem muss sie in jedem Zustand der Maschine durchführbar sein, da in jedem Zustand der Maschine ein Stromausfall möglich ist. Diese Bedingung beschränkt den Einsatz von Inkrementalmessgebern vor allem im Bereiche der Robotik. Encoders, in particular angle encoders or linear encoders, are known as two types: as incremental encoders and as absolute encoders. While the output signal of the incremental encoder only contains the change in the measured value and the direction of this change, the output signal of the absolute encoder also contains the absolute value related to a zero point at all times. The signal from the incremental encoder, which essentially consists of pulses per change unit, is switched to a counter during further processing, for example for control or regulation, in cases where an absolute value is also to be registered, which adds up the individual increments and thus generating information that roughly corresponds to the information of an absolute encoder. This with one important difference: When switching on or after a power failure, such systems must be brought into a defined state through an initiation step, i.e. the counter is set to zero. However, this requires that the random position of the encoder, which it takes up after switching on or after a power failure, is interpreted as zero position without special measures. For this reason, incremental encoders are usually controlled in such a way that they are automatically initiated by zero travel after switching on or after a power interruption. In other words, the corresponding control moves, for example, the machine part monitored by the corresponding incremental encoder into a zero position defined by other means and then sets the counter to zero. Such an initiation represents a physical zero travel. This requires time and additional sensor technology and, above all, it must be possible to carry out the machine in any state, since a power failure is possible in every state of the machine. This condition limits the use of incremental encoders, especially in the area of robotics.
Für Anwendungen, bei denen der Absolutwert der Messgrösse bekannt sein muss, bei denen aber eine physische Nullfahrt nicht wünschenswert oder nicht möglich ist, werden Absolutmessgeber eingesetzt, deren Ausgangssignal den absoluten Wert jederzeit, also auch nach dem Einschalten oder nach einem Stromunterbruch enthalten. Die Ausgangssignale derartiger Absolutmessgeber unterscheiden sich aber von den Ausgangssignalen von Inkrementalmessgebern. Sie müssen in einem aufwendigeren Verfahren weiterverarbeitet werden, mit dem zudem die heute geforderten sehr hohen Messfrequenzen schwierig zu erreichen sind. For applications in which the absolute value of the measured variable must be known, but in which a physical zero travel is not desirable or not possible, absolute encoders are used whose output signal contains the absolute value at any time, i.e. even after switching on or after a power failure. The output signals of such absolute encoders differ from the output signals of incremental encoders. They have to be processed in a more complex process, which is also difficult to achieve the very high measurement frequencies required today.
Für die meisten SPS- (Speicher-programmierbare Steuerungen), NC- (numeric control) und CNC-Sy-steme sind auf dem Markt verschiedene Interface-Karten und -Bausteine verfügbar, mit denen direkt inkrementale Dreh- und Lineargeber angeschlossen werden können. Derartige Interfacebausteine beinhalten meistens schon einige «Intelligenz» für Positionierungsaufgaben. Für Absolutgeber sind keine derartigen Interface-Bausteine verfügbar. Das heisst, Absolutgeber können nicht einfach an bewährte Steuer- und Regelsysteme angeschossen werden, so dass der Einsatz von Absolutgebern stets relativ aufwendig ist. Es wäre also offensichtlich wünschenswert, Absolutmessgeber zu schaffen, die wie Inkrementalmessgeber beschaltet werden könnten, denn damit könnten die Vorteile beider Messgebertypen vereint werden. For most PLC (programmable logic controllers), NC (numeric control) and CNC systems, various interface cards and modules are available on the market with which incremental rotary and linear encoders can be connected directly. Such interface modules usually already contain some “intelligence” for positioning tasks. No such interface modules are available for absolute encoders. This means that absolute encoders cannot simply be connected to tried and tested control and regulation systems, so that the use of absolute encoders is always relatively complex. It would obviously be desirable to create absolute encoders that could be wired like incremental encoders, because this would combine the advantages of both types of encoders.
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem das Ausgangssignal von Absolutmessgebern, insbesondere von Positionsmessgebern, derart gewandelt wird, dass es von einer für Inkrementalmessgeber konzipierten Weiterverarbeitungsschaltung verarbeitet werden kann, ohne dass dabei Information verlorengeht. Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, eine Schnittstelle für Absolutmessgeber, insbesondere für Positionsmessgeber zu schaffen, durch die es möglich wird, die für Inkrementalmessgeber konzipierten Eingänge von Weiterverarbeitungssystemen, beispielsweise SPS-, NC- oder CNC-Systemen, mit Absolutmessgebern zu beschälten. The object of the invention is to demonstrate a method with which the output signal from absolute encoders, in particular from position encoders, is converted such that it can be processed by a further processing circuit designed for incremental encoders without information being lost in the process. It is also the object of the invention to provide an interface for absolute encoders, in particular for position encoders, by means of which it is possible to cover the inputs of further processing systems, for example PLC, NC or CNC systems, which have been designed for incremental encoders, with absolute encoders.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Signalwandlung und durch die Schnittstelle zu einem Absolutmessgeber gemäss den kennzeichnenden Teilen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche. This object is achieved by the method for signal conversion and by the interface to an absolute encoder in accordance with the characterizing parts of the corresponding independent claims.
Die zentrale Idee des erfindungsgemässen Verfahrens beruht darauf, die Information über den absoluten Messwert, die im Ausgangssignal des Absolutgebers enthalten ist, bei der Initiierung, also nach dem Einschalten oder nach einem Stromunterbruch für eine virtuelle Nullfahrt auszuwerten. Nach dieser virtuellen Nullfahrt, die von der Weiterverarbeitung genau gleich behandelt wird wie die physische Nullfahrt eines Inkrementalmessgebers, genügt ein auf Veränderungspulse reduziertes Ausgangssignal, das von einem Zähler der Weiterverarbeitung zur Bestimmung des aktuellen absoluten Messwertes aufsummiert wird, genau wie für die Weiterverarbeitung der Signale eines Inkrementalgebers. Das erfindungs-gemässe Verfahren erfüllt also zwei Aufgaben: es generiert einerseits vor dem Betrieb eine virtuelle Nullfahrt, das heisst, es erzeugt aus dem Signal des Absolutmessgebers derart viele Inkrementalpulse, wie durch eine entsprechende physische Nullfahrt erzeugt würden, und bringt damit den Zähler der Weiterverarbeitung auf einen dem effektiven, momentanen Messwert des Messgebers entsprechenden, The central idea of the method according to the invention is based on evaluating the information about the absolute measured value, which is contained in the output signal of the absolute encoder, upon initiation, that is to say after switching on or after a power interruption, for a virtual zero travel. After this virtual zero travel, which is treated by the further processing exactly the same as the physical zero travel of an incremental encoder, an output signal reduced to change pulses is sufficient, which is summed up by a counter of the further processing to determine the current absolute measured value, just like for the further processing of the signals one Incremental encoder. The method according to the invention therefore fulfills two tasks: on the one hand, it generates a virtual zero run before operation, that is, it generates as many incremental pulses from the signal of the absolute encoder as would be generated by a corresponding physical zero run, and thus brings the counter to further processing to an effective, instantaneous measured value of the sensor,
2 2nd
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aktuellen Stand und es wandelt andererseits während dem Betrieb die Signale des Absolutgebers in Pulse um, die den Signalen eines Inkrementalmessgebers entsprechen. current status and on the other hand it converts the signals of the absolute encoder into pulses during operation which correspond to the signals of an incremental encoder.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Schnittstelle werden anhand der folgenden Figuren detailliert beschrieben. Dabei zeigen: The method according to the invention and the interface according to the invention are described in detail with reference to the following figures. Show:
Fig. 1 ein generelles Verfahrensschema; 1 shows a general process diagram;
Fig. 2 ein Blockschema für eine beispielhafte Variante des erfindungsgemässen Verfahrens für die Wandlung eines parallelen Digitalsignales (Gray-Code) in ein Inkrementalsignal, das gleichzeitig einem Schema einer hardwaremässigen Ausführungsform entspricht; 2 shows a block diagram for an exemplary variant of the method according to the invention for converting a parallel digital signal (Gray code) into an incremental signal, which at the same time corresponds to a diagram of a hardware embodiment;
Fig. 3 ein Schema für die Wandlung eines Gray-Codes in einen natürlichen Binär-Code; 3 shows a diagram for the conversion of a Gray code into a natural binary code;
Fig. 4 eine Schema und eine Wahrheitstabelle für den zweiten Codewandler CW.2; 4 shows a diagram and a truth table for the second code converter CW.2;
Fig. 5 ein Blockschema für dieselbe Verfahrensvariante wie in Fig. 2 dargestellt, aber für eine soft-waremässige Ausführung. Fig. 5 shows a block diagram for the same method variant as shown in Fig. 2, but for a soft-warm execution.
Fig. 1 zeigt ein ganz generelles Verfahrensschema zur Wandlung des Messsignales eines Absolutmessgebers zu einem Inkrementalsignal nach dem erfindungsgemässen Verfahren. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht prinzipiell aus drei Teilschritten, die sich in Form eines Verfahrenszyklus wiederholen. Die Teilschritte sind: ein Vergleich (M = X?) zwischen einem Messsignal M und einer durch das Verfahren erzeugten Inkrementsumme 2, eine dem Vergleichsresultat entsprechende Erzeugung SE von Inkrementalsignalen (A/B) für den Ausgang und eine ebenfalls dem Vergleichsresultat entsprechende Aktualisierung der Inkrementsumme X. 1 shows a very general method scheme for converting the measurement signal of an absolute encoder to an incremental signal according to the inventive method. The method according to the invention basically consists of three sub-steps, which are repeated in the form of a method cycle. The sub-steps are: a comparison (M = X?) Between a measurement signal M and an increment sum 2 generated by the method, a generation SE of incremental signals (A / B) for the output corresponding to the comparison result and an update of the increment sum likewise corresponding to the comparison result X.
In einem Verfahrenszyklus wird das vom Absolutmessgeber erzeugte Messsignal M verglichen mit einer durch das Verfahren erzeugten Inkrementsumme x. Ist das Messsignal M grösser als die Inkrementsumme s, wird für den Ausgang ein Signal erzeugt, der einem positiven Inkrement eines Inkre-mentalgebers entspricht (Messwertveränderung um eine Einheit in positiver Richtung: Inkrementierung). Gleichzeitig wird die Inkrementsumme E um ein Inkrement erhöht. Ist das Messsignal M kleiner als die Inkrementsumme x, wird entsprechend ein einem negativen Inkrement entsprechendes Signal erzeugt und die Inkrementsumme E um ein Inkrement verkleinert (Dekrementierung). Ist das Messsignal M gleich der Inkrementsumme X, werden keine Inkrementsignale erzeugt und die Inkrementsumme bleibt unverändert. In jedem nächsten Verfahrenszyklus wird die im vorgehenden Verfahrenszyklus erzeugte, neue Inkrementsumme E mit dem aktuellen Messsignal M verglichen und der Verfahrenszyklus gleich durchgeführt wie beschrieben. In a process cycle, the measurement signal M generated by the absolute encoder is compared with an increment sum x generated by the process. If the measurement signal M is greater than the increment sum s, a signal is generated for the output that corresponds to a positive increment of an incremental encoder (measurement value change by one unit in the positive direction: incrementation). At the same time, the increment sum E is increased by one increment. If the measurement signal M is smaller than the increment sum x, a signal corresponding to a negative increment is generated and the increment sum E is reduced by one increment (decrementing). If the measurement signal M is equal to the increment sum X, no increment signals are generated and the increment sum remains unchanged. In each next process cycle, the new increment sum E generated in the previous process cycle is compared with the current measurement signal M and the process cycle is carried out in the same way as described.
Das Messsignal M kann ein analoges oder ein digitales Signal sein. The measurement signal M can be an analog or a digital signal.
Die Inkrementsumme E wird initialisiert (init), derart, dass die Inkrementsumme E, immer wenn die Weiterverarbeitungseinheit initialisiert wird, auf Null gesetzt wird. Wenn das Messsignal M gleich gross ist wie die Inkrementsumme X, kann ein Signal erzeugt werden (M = x), das für weitere Steuerzwecke oder Anzeigen verwendet werden kann. Wenn die Inkrementsumme Null wird, kann ebenfalls ein Signal (x = 0) erzeugt werden, das dem Null- oder Indeximpuls (N-Signal) eines Inkrementalgebers entspricht. The increment sum E is initialized (init) in such a way that the increment sum E is set to zero whenever the further processing unit is initialized. If the measurement signal M is the same size as the increment sum X, a signal can be generated (M = x), which can be used for further control purposes or displays. If the increment sum becomes zero, a signal (x = 0) can also be generated, which corresponds to the zero or index pulse (N signal) of an incremental encoder.
Die Funktion eines Absolutmessgebers mit erfindungsgemässer Schnittstelle ist nun die folgende: Nach dem Einschalten wird die Inkrementsumme E durch ein Initiierungssignal (init) auf Null gesetzt, genau wie die entsprechenden Zähler der Weiterverarbeitung. Der Messgeber, der sich in irgend einer Position befindet, liefert einen absoluten Messwert, der in den meisten Fällen nicht Null sein wird. Dies führt durch das entsprechende Vergleichsresultat zur Erzeugung von einem Signal für ein Inkrement, zur entsprechenden Aktualisierung der Inkrementsumme E, zu einem weiteren Vergleich und so weiter, bis die Inkrementsumme X dem Messsignal M entspricht. Die Inkrementalsignale A/B/N werden auf eine Weiterverarbeitungseinheit geleitet, in der sie wie die Inkrementalsignale eines Inkrementalgebers während seiner physischen Nullfahrt interpretiert und weiterverarbeitet werden. In dieser Weise wird eine virtuelle Nullfahrt durchgeführt, während der sich mechanisch nichts zu bewegen braucht. Das Signal M = E kann beispielsweise verwertet werden, um die virtuelle Nullfahrt als abgeschlossen zu melden und den Betrieb freizugeben. The function of an absolute encoder with the interface according to the invention is now as follows: After switching on, the increment sum E is set to zero by an initiation signal (init), just like the corresponding counters for further processing. The encoder, which is in any position, delivers an absolute measurement value, which in most cases will not be zero. This leads through the corresponding comparison result to the generation of a signal for an increment, to the corresponding updating of the increment sum E, to a further comparison and so on until the increment sum X corresponds to the measurement signal M. The incremental signals A / B / N are passed to a further processing unit, in which they are interpreted and processed like the incremental signals of an incremental encoder during its physical zero travel. In this way, a virtual zero run is carried out during which nothing needs to move mechanically. The signal M = E can be used, for example, to report the virtual zero travel as complete and to enable operation.
Während dem Betrieb führt jede Veränderung des Messsignales M in gleichen Verfahrenszyklen, wie sie bei der virtuellen Nullfahrt durchlaufen werden, einerseits zur Erzeugung entsprechender Inkrementalsignale A/B/N, zur entsprechenden Aktualisierung der Inkrementsumme X und damit zu einer Veränderung der Ausgangslage für den nächsten Vergleich. During operation, any change in the measurement signal M in the same process cycles as they are carried out during virtual zero travel leads on the one hand to the generation of corresponding incremental signals A / B / N, to the corresponding update of the increment sum X and thus to a change in the starting position for the next comparison .
Damit in bezug auf Auflösung und Geschwindigkeit gegenüber von Inkrementalmessgebern und direkt beschalteten Absolutmessgebern keine Nachteile entstehen, ist es notwendig, eine Schaltung, die das erfindungsgemässe Verfahren durchführt, derart zu gestalten, dass die vom Geber ermöglichte Messfrequenz nicht herabgesetzt wird. Es ist auch vorteilhaft, das Verfahren derart schnell durchzuführen, dass bei sofortiger Aufnahme des Betriebes nach dem Einschalten der durch eine eventuell noch nicht beendete virtuelle Nullfahrt entstehende Fehler vernachlässigbar bleibt. Das heisst mit anderen Worten, dass eine Maschine während der virtuellen Nullfahrt nicht unbedingt stillzustehen braucht, wenn die Nullfahrt genügend schnell durchlaufen wird, dass dadurch keine für die Steuerung der Maschine untolerierbaren Abweichungen zwischen dem effektiven Messwert und dem Stand der Inkrementsumme entstehen können. So that there are no disadvantages with regard to resolution and speed compared to incremental encoders and directly connected absolute encoders, it is necessary to design a circuit that carries out the method according to the invention in such a way that the measurement frequency made possible by the encoder is not reduced. It is also advantageous to carry out the method so quickly that, if operation is started immediately after switching on, the error resulting from a virtual zero travel that may not yet have ended remains negligible. In other words, a machine does not necessarily have to come to a standstill during the virtual zero run if the zero run is carried out sufficiently quickly, so that no deviations between the effective measured value and the level of the increment which are intolerable for the control of the machine can occur.
Für Schaltungen zur Durchführung des Verfahrens bieten sich drei Möglichkeiten an: There are three options for circuits for carrying out the method:
3 3rd
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- Erstens können für eine sog. hardwaremässige Ausführung handelsübliche Elemente für die einzelnen Schritte verwendet werden, was unter Umständen weitere Zwischenschritte zur Umwandlung der Signale notwendig macht. Eine derartige Realisation ergibt einen schnellen Verfahrensablauf (Grössen-ordnung 1 bis 5 ns pro Zyklus), in einer kostengünstigen Ausführung, die aber immer mit einem relativ hohen Platzbedarf verbunden sein wird, der nicht für jeden Messgeber möglich ist. Im Zusammenhang mit der Fig. 2 wird eine derartige Ausführungsform beschrieben. - Firstly, for a so-called hardware implementation, commercially available elements can be used for the individual steps, which may make further intermediate steps necessary for converting the signals. Such an implementation results in a rapid process sequence (order of magnitude 1 to 5 ns per cycle), in a cost-effective version, but which will always be associated with a relatively large space requirement, which is not possible for every sensor. Such an embodiment is described in connection with FIG. 2.
- Zweitens kann das Verfahren für eine sog. softwaremässige Ausführung in einem Mikroprozessor durchgeführt werden, was zu kostengünstigen, raumsparenden Ausführungen führt, die aber für viele Anwendungen nicht schnell genug arbeiten werden (Grössenordnung 10 ms pro Zyklus), was aber durch eine Unterscheidung zwischen verschieden grossen Abweichungen beim Vergleich von Messwert und Inkrementsumme und entsprechend generierten Pulsserien aufgewogen werden könnte. Im Zusammenhang mit der Fig. 5 wird eine derartige Ausführungsvariante beschrieben. - Secondly, the method for a so-called software execution can be carried out in a microprocessor, which leads to inexpensive, space-saving designs, but which will not work fast enough for many applications (order of magnitude 10 ms per cycle), but this is due to a distinction between different large deviations in the comparison of measured value and increment sum and correspondingly generated pulse series could be weighed out. Such an embodiment variant is described in connection with FIG. 5.
- Drittens kann das Verfahren mit einer eigens dafür erstellten integrierten Schaltung realisiert werden, was zu sehr schnellem Verfahrensablauf (Grössenordnung 0,1 jis pro Zyklus) und zu äusserst kleinen Ausführungsformen führt, die aber sehr teuer sind. - Thirdly, the process can be implemented with an integrated circuit specially created for this, which leads to a very fast process sequence (of the order of 0.1 jis per cycle) and to extremely small embodiments, which are, however, very expensive.
Das erfindungsgemässe Verfahren erweist sich insbesondere als vorteilhaft für absolute Dreh- und Lineargeber, deren Messsignal ein paralleles, digitales Signal in Form eines Binär- oder Gray-Codes ist. Derartige Messgeber finden vielfache Verwendung im Zusammenhang mit Positionierungsaufgaben im Maschinenbau und im speziellen in der Robotik, Anwendungen, in denen mit Vorteilen auch die eingangs genannten Steuerungs- und Regulierungssysteme verwendet werden. The method according to the invention proves to be particularly advantageous for absolute rotary and linear encoders whose measurement signal is a parallel, digital signal in the form of a binary or Gray code. Such encoders are widely used in connection with positioning tasks in mechanical engineering and in particular in robotics, applications in which the control and regulation systems mentioned at the beginning are also used with advantages.
Fig. 2 zeigt nun das erfindungsgemässe Verfahren angewendet auf einen Messgeber mit Graycode-Signal. Das dargestellte Schema ist sowohl ein Verfahrensschema als auch ein schematisches Schema einer hardwaremässigen Schaltung mit handelsüblichen Bausteinen, die für je einen Verfahrensschritt (ein Block im Schema) eingesetzt sind. 2 now shows the method according to the invention applied to a sensor with a gray code signal. The diagram shown is both a process diagram and a schematic diagram of a hardware circuit with commercially available components that are used for one process step (one block in the diagram).
Der Messgeber MG, der einem bekannten Dreh- oder Lineargeber entspricht, liefert in Form einer Anzahl von parallelen Signalen einen Messwert M.1 als Gray-Code. Die Anzahl der Signale in diesem Gray-Code ist abhängig von der Messauflösung des Gebers und ist für einen Graycode-Geber dieselbe wie für einen Binärcode-Geber, beispielsweise zwölf für eine Auflösung des Messbereiches in 4096 Schritte. In einem ersten Code-Wandler CW.1 wird der Gray-Code in einen Binärcode umgewandelt, der als paralleles Signal M.2 in einen Vergleicher (M = £?) geführt wird. Der Vergleicher hat zwei Ausgänge, an denen Signale anstehen entsprechend M > 2 bzw. M < £. Diese Signale werden in eine Steuerung S geführt. Die Steuerung S erzeugt aus den Signalen des Vergleichers einerseits ein up-bzw. down-Signal für einen folgenden Binärzähler £ und ein Synchronisationssignal T für den Ausgang. Der Binärzähler £ wird durch die Signale der Steuerung vorwärts- bzw. rückwärts gezählt und sein momentaner Stand wird als paralleler Binär-Code einerseits zu einem weiteren Codewandler CW.2, andererseits zurück in den Vergleicher M = £? geführt. Im Codewandler CW.2 wird der Binär-Code in ein Inkremental-Signal A/B/N gewandelt. Das Inkrementalsignal wird über eine Sperrschaltung (L, Latch) auf den Ausgang der erfindungsgemässen Schnittstelle geführt. Die Sperrschaltung wird gesteuert durch das Synchronisationssignal T der Steuerung S. Diese Synchronisation sorgt dafür, dass am Ausgang keine unerlaubten (falschen) Zwischenwerte anstehen. Solche Zwischenwerte können kurzfristig auftreten während das Zählvorganges im internen Zähler £ oder durch die Codewandlung im Codewandler CW.2 The measuring transducer MG, which corresponds to a known rotary or linear encoder, supplies a measured value M.1 in the form of a number of parallel signals as a Gray code. The number of signals in this gray code depends on the measurement resolution of the encoder and is the same for a gray code encoder as for a binary code encoder, for example twelve for a resolution of the measurement range in 4096 steps. In a first code converter CW.1, the Gray code is converted into a binary code, which is fed as a parallel signal M.2 to a comparator (M = £?). The comparator has two outputs, at which signals are present corresponding to M> 2 or M <£. These signals are fed into a controller S. On the one hand, the control S generates an up or. down signal for a following binary counter £ and a synchronization signal T for the output. The binary counter £ is counted up or down by the signals of the control and its current status as a parallel binary code is on the one hand a further code converter CW.2 and on the other hand back in the comparator M = £? guided. In the code converter CW.2, the binary code is converted into an incremental signal A / B / N. The incremental signal is fed to the output of the interface according to the invention via a blocking circuit (L, latch). The blocking circuit is controlled by the synchronization signal T from the control S. This synchronization ensures that no illegal (incorrect) intermediate values are present at the output. Such intermediate values can occur briefly during the counting process in the internal counter £ or through the code conversion in the code converter CW.2
Der Ausgang der erfindungsgemässen Schnittstelle entspricht dem Ausgang eines Inkrementalmessgebers. Zusätzlich benötigt ein Messgeber mit erfindungsgemässer Schnittstelle einen Eingang für ein Initialsignal (init), mit dem der Zähler £ auf Null gesetzt und die Steuerung S in einen definierten Zustand gebracht werden kann. Ein derartiges Signal ist auch für eine entsprechende Weiterverarbeitungseinheit, beispielsweise Steuereinheit, notwendig und kann von da auf den Geber geleitet werden. The output of the interface according to the invention corresponds to the output of an incremental encoder. In addition, a measuring sensor with an interface according to the invention requires an input for an initial signal (init) with which the counter £ can be set to zero and the controller S can be brought into a defined state. Such a signal is also necessary for a corresponding further processing unit, for example a control unit, and can be routed from there to the transmitter.
Die einzelnen Blöcke im Schema der Fig. 2 können alle mit handelsüblichen Bausteinen realisiert werden: The individual blocks in the diagram in FIG. 2 can all be implemented using commercially available building blocks:
- Der Messgeber MG ist beispielsweise ein Absolutdrehgeber mit einer Gray-Code-Scheibe und einem entsprechenden Fotodiodenarray. - The encoder MG is, for example, an absolute encoder with a gray code disk and a corresponding photodiode array.
- Der Codewandler CW.1 ist beispielsweise ein EPROM, das als Gray-Binär-Wandler programmiert ist. Dabei werden die Adressierungen als Eingang und die Datenleitungen als Ausgang benützt. Fig. 3 zeigt das Funktionsschema eines anderen Codewandlers für einen Gray-Code (Eingang links) mit vier Bits in einen natürlichen Binärcode (Ausgang rechts) mit ebenfalls vier Bits, der die Form eines einfachen EXOR-Gatters hat und für beliebig viele Bits erweitert werden kann. Die Variante mit dem EXOR-Gatter hat gegenüber der Variante mit dem EPROM den Nachteil längerer Wandlungszeiten, speziell bei höheren Bitzahlen, beispielsweise für über acht Bit. - The code converter CW.1 is, for example, an EPROM that is programmed as a gray-binary converter. The addressing is used as input and the data lines as output. Fig. 3 shows the functional diagram of another code converter for a Gray code (left input) with four bits into a natural binary code (right output) with four bits, which has the form of a simple EXOR gate and can be expanded for any number of bits can. The variant with the EXOR gate has the disadvantage of longer conversion times compared to the variant with the EPROM, especially with higher bit numbers, for example for more than eight bits.
- Der Vergleicher M = £? hat zum Beispiel drei Ausgänge, die in Abhängigkeit der beiden voneinander unabhängigen Code-Eingänge M und £ aktiviert sind. Der Vergleicher hat beispielsweise die folgende Funktionstabelle. Der Vergleicher hat also drei verschiedene Ausgangszustände für praktisch beliebig viele mögliche Eingangszustände. Die Anzahl Möglichkeiten der Eingangszustände ist nur durch die verwendete Codebreite (Anzahl Bit) begrenzt. - The comparator M = £? has, for example, three outputs that are activated depending on the two mutually independent code inputs M and £. The comparator has, for example, the following function table. The comparator therefore has three different output states for practically any number of possible input states. The number of possibilities of the input states is only limited by the code width used (number of bits).
4 4th
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
CH 683 641 A5 CH 683 641 A5
Eingänge Entrances
Ausgänge Exits
M > s M> s
M = I M = I
M < T M <T
M = s M = s
0 0
1 1
0 0
M > s M> s
1 1
0 0
0 0
Mer Mer
0 0
0 0
1 1
- Die Steuerung S generiert im wesentlichen nur das Synchronisationssignai T für den Ausgangslatch L. The control S essentially generates only the synchronization signal T for the output latch L.
- Der interne Zähler X ist beispielsweise ein binärer Vorwärts/Rückwärts-Zähler, der im Regelkreis quasi als Stellglied wirkt und gemäss Definition jeweils denselben Wert enthält wie der externe Zähler im entsprechenden Weiterverarbeitungssystem. - The internal counter X is, for example, a binary up / down counter, which acts as a control element in the control loop and, according to the definition, contains the same value as the external counter in the corresponding processing system.
- Der zweite Codewandler CW.2 setzt den binären Absolutwert des internen Zählers z in ein (schrittweise) entsprechendes Inkrementalsignal mit Nullimpuls um. Diese Codewandlung kann wie bei CW.1 mit einem oder mehreren EPROM realisiert werden oder mit anderen logischen Bausteinen. Eine mögliche Schaltungsvariante und eine Wahrheitstabelle für den Codewandler CW.2 sind aus Fig. 4 ersichtlich. - The second code converter CW.2 converts the binary absolute value of the internal counter z into a (step-by-step) corresponding incremental signal with a zero pulse. As with CW.1, this code conversion can be implemented with one or more EPROMs or with other logic components. A possible circuit variant and a truth table for the code converter CW.2 are shown in FIG. 4.
- Der Latch L muss die Fähigkeit haben, die drei Ausgangssignale A, B, N von CW.2 «einzufrieren» (latch) oder unverändert zu übertragen (transparent). Der jeweilige Zustand wird durch die Steuerung S vorgegeben. - The Latch L must have the ability to "freeze" the three output signals A, B, N from CW.2 (latch) or to transmit them unchanged (transparent). The respective state is specified by the controller S.
Die für die erfindungsgemässe Schnittstelle notwendige Elektronik wird vorteilhafterweise im Messgeber selbst untergebracht, sodass dieser eine Einheit bildet, die genau wie ein Inkrementalgeber eingebaut und angeschlossen werden kann. Die Schnittstelle ist abhängig vom eingesetzten Messgeber MG in bezug auf die Anzahl der Ausgänge des Gebers für dessen Messsignale und in bezug auf den Code dieses Messsignales. Liefert der Messgeber MG einen natürlichen Binärcode, erübrigt sich der erste Code-Wandler CW.1, für Gray-Code oder BCD-Code ist sie notwendig. Liefert der Messgeber MG ein Analogsignal, beispielsweise aus einer potentiometrischen Messung, wird anstelle des ersten Codewandlers CW.1 ein Analog/Digital-Wandler mit binärem Ausgang eingesetzt. The electronics required for the interface according to the invention are advantageously accommodated in the encoder itself, so that it forms a unit that can be installed and connected exactly like an incremental encoder. The interface depends on the MG encoder used in relation to the number of outputs of the encoder for its measurement signals and in relation to the code of this measurement signal. If the MG encoder supplies a natural binary code, the first code converter CW.1 is not necessary; it is necessary for Gray code or BCD code. If the measuring transmitter MG supplies an analog signal, for example from a potentiometric measurement, an analog / digital converter with a binary output is used instead of the first code converter CW.1.
Fig. 5 zeigt das Blockschema für eine beispielhafte softwaremässige Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens am Beispiel seiner Verwendung mit einem Dreh- oder Lineargeber, der ein Messsignal in Form eines Gray-Codes liefert. 5 shows the block diagram for an exemplary software implementation of the method according to the invention using the example of its use with a rotary or linear encoder which delivers a measurement signal in the form of a Gray code.
Zuerst wird abgefragt, ob eine Initialisierung notwendig sei. Ist dies der Fall, wird ein interner Wert W auf Null gesetzt, ist keine Initialisierung notwendig bleibt der interne Wert W unverändert. Der absolute Messwert A des Sensors wird eingelesen und mit dem internen Wert W verglichen. Ist der Messwert A grösser oder kleiner als der interne Wert W, wird dieser entsprechend inkrementiert bzw. dekrementiert. Besteht zwischen dem Messwert A und dem internen Wert W kein Unterschied, bleibt der interne Wert W unverändert. Aus dem aktuellen internen Wert W werden Inkrementalsignale A, B, N generiert und ausgegeben. Dann wird wieder nach einer Initialisierung gefragt und der Zyklus in derselben Weise immer wieder durchgearbeitet. First you are asked whether an initialization is necessary. If this is the case, an internal value W is set to zero; if no initialization is necessary, the internal value W remains unchanged. The absolute measured value A of the sensor is read in and compared with the internal value W. If the measured value A is larger or smaller than the internal value W, this is incremented or decremented accordingly. If there is no difference between the measured value A and the internal value W, the internal value W remains unchanged. Incremental signals A, B, N are generated and output from the current internal value W. Then you are asked for an initialization again and the cycle is worked through again and again in the same way.
Da eine softwaremässige Durchführung des Verfahrens relativ langsam ist, ist es vorteilhaft, den Vergleichsschritt, in dem der Messwert A mit dem internen Wert W verglichen wird, derart zu differenzieren, dass er nicht nur einen Grösser-Kleiner-Vergleich darstellt, sondern zusätzlich auch die Grösse des Unterschiedes eruiert und klassifiziert. Es können dann für grössere Unterschiede Serien von Inkremen-talpulsen generiert werden ohne weitere Vergleiche, wodurch viele Durchgänge durch den Verfahrenszyklus und dadurch Verarbeitungszeit erspart bleibt. Eine Codewandlung im Sinne des ersten Codewandlers CW.1 (Fig. 2) erübrigt sich, da es ohne weiteres möglich ist, softwaremässig Gray-Codes oder andere Codes zu vergleichen und damit zu rechnen. Since software implementation of the method is relatively slow, it is advantageous to differentiate the comparison step, in which the measured value A is compared with the internal value W, in such a way that it not only represents a comparison of larger and smaller, but also that The size of the difference was determined and classified. Series of incremental pulses can then be generated for larger differences without further comparisons, which saves many passes through the process cycle and thus processing time. A code conversion in the sense of the first code converter CW.1 (FIG. 2) is unnecessary since it is readily possible to compare gray codes or other codes by software and to calculate with them.
Im weiteren kann die softwaremässige Durchführung des Verfahrens durch Verwendung eines externen, hardwaremässigen Zählers beschleunigt werden. Furthermore, the software implementation of the method can be accelerated by using an external, hardware counter.
Generell ist irgend eine Kombination von Sofware- und Hardwarekomponenten denkbar, wobei wahrscheinlich immer die Verarbeitungsgeschwindigkeit das primäre Auswahlkriterium darstellt. In general, any combination of software and hardware components is conceivable, whereby processing speed is probably always the primary selection criterion.
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DE102004045849A1 (en) * | 2004-09-20 | 2006-03-23 | Anton Rodi | Encoder with absolute signal processing and incremental signal output |
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Families Citing this family (6)
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---|---|---|---|---|
DE4242145A1 (en) * | 1992-12-14 | 1994-06-16 | Siemens Ag | Device for compensating an error angle between a cosine and a sinusoidal, position-dependent measurement signal in the case of an angle encoder or a linear scale |
DE19510416A1 (en) * | 1995-03-24 | 1996-09-26 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Sensor module |
DE19825378B4 (en) * | 1998-06-06 | 2008-02-28 | Robert Bosch Gmbh | Device for transmitting a position |
DE102005047658B4 (en) * | 2005-10-05 | 2008-03-20 | Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg | Device for determining position |
CN104482946B (en) * | 2014-12-18 | 2016-08-17 | 南京科远自动化集团股份有限公司 | A kind of sensor acquisition processing method |
US10462542B2 (en) | 2016-02-09 | 2019-10-29 | Balluff Gmbh | Method for data transmission by means of an absolute position measurement system, absolute position measurement system and computing device |
-
1991
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-
1992
- 1992-09-12 DE DE9212302U patent/DE9212302U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004045849A1 (en) * | 2004-09-20 | 2006-03-23 | Anton Rodi | Encoder with absolute signal processing and incremental signal output |
EP1666847A2 (en) | 2004-09-20 | 2006-06-07 | Anton Rodi | Encoder comprising absolute signal processing and incremental signal output |
EP1666847A3 (en) * | 2004-09-20 | 2007-06-13 | Anton Rodi | Encoder comprising absolute signal processing and incremental signal output |
US7244929B2 (en) | 2004-09-20 | 2007-07-17 | Anton Rodi | Encoder with absolute signal processing and incremental signal output and method of using such an encoder |
DE102004045849B4 (en) * | 2004-09-20 | 2014-06-05 | Anton Rodi | Encoder with absolute signal processing and incremental signal output |
CN113443489A (en) * | 2020-03-27 | 2021-09-28 | 住友重机械工业株式会社 | Conveying system and input circuit |
Also Published As
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