DE1945206B2

DE1945206B2 - Einrichtung zur interpolation

Info

Publication number: DE1945206B2
Application number: DE19691945206
Authority: DE
Inventors: Karlheinz 7994 Langen argen Butscher
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1969-09-06
Filing date: 1969-09-06
Publication date: 1973-07-19
Also published as: US3675238A; DE1945206A1; DE1945206C3; CH531756A

Description

nach jedem vorgegebenen Interpolationsschritt Signale zu erzeugen.

(Js) eine sprunghafte Änderung der Ausgangs- Zur Erhöhung des Auflösungsvermögens dieser

spannung (U_A, U_B, ) an mindestens einem Meßeinrichtungen ist es bekannt, die Periodenlänge

Komparalorausgang erfolgt 15 der weg- bzw. winkelabhängigen Signale zu unter-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- teilen, d. h. elektrisch zu interpolieren,
kennzeichnet, daß Geräte (V₁, V₂) zur Konstant- Verschiedene der bekanntgewordenen Interpolahaltung der Amplitude des zu interpolierenden tionsverfahren haben jedoch noch den Nachteil, daß Signals vorhanden sind.- sie nicht unabhängig von der Größe der Amplituden

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ao der eingegebenen Signale oder auch anfällig gegenkennzeichnet, daß Geräte (II in F i g. 1) zur Nach- über Phasenänderungen der Eingangssignale sind,
führung der Triggemiveaus vorhanden sind. Ferner ist es bekannt, eine Interpolation durch

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da- Frequenzverdopplung der Eingangssignale und nachdurch gekennzeichnet, daß die Konstanthaltung folgender Triggerung ihrer Nulldurchgänge zu erder Signalamplitude bzw. Nachführung der »5 reichen. Jedoch ist der hiermit erzielbare Interpola-Triggerniveaus mit Hilfe eines von der jeweiligen tionsfaktor verhältnismäßig klein (deutsche Offen-Signalamplitude abhängigen Referenzsignals legungsschrift 1474140).

(U _R) erfolgt. Weiterhin ist es bekannt, Wegmeßsignale auf dem

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- Umweg über eine zeitabhängige Sägezahnspannung, kennzeichnet, daß das zur Nachführung der 30 welche mit einer Anzahl von Festspannungen ver-Triggerniveaus verwendete Referenzsignal (U_R) glichen wird, zu interpolieren.

über eine Widerstandskette (A₁, R₂, R₃, R₄...) Jedoch ist diese bekannte Methode an sehr feine

geführt ist, an welcher die den einzelnen Korn- Teilungen bzw. an einen gleichförmigen Bewegungsparatoren (K₁, K_}...) zugeordnete Triggerniveaus ablauf beim Meßvorgang gebunden (deutsche Patentabgegriffen werden. 35 schrift 1 059 671).

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, bei der Es ist auch bekannt, durch Eingabe eines konmindestens zwei phasenverschobene weg- bzw. stanten Eichsignals die Schwellen von Spannungswinkelabhängige Signale eingegeben werden, da- detektoren dem jeweiligen Leistungsgrad von elekdurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal irischen Empfangseinrichtungen von Zeit zu Zeit (U_R) aus den phasenverschobenen Eingangs- 40 anzupassen, jedoch ist diese Anpassung von etwaigen Signalen (U₁, U₂) erzeugt wird. Änderungen des zu messenden Eingangssignals

7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, da- völlig unabhängig (USA.-Patentschrift 3 392 386).
durch gekennzeichnet, daß das über die Korn- Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung paratoren (X₁, K₂...) geführte wegabhängige der oben geschilderten Nachteile eine weitergehende Signal (U₅) aus den phasenverschobenen Ein- *5 Interpolation bei möglichst geringem Aufwand zu gangssignalen (U₁, U₂) zusammengesetzt ist. erzielen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, kennzeichnet, daß das über die Komparatoren daß das zu interpolierende weg- oder winkelabhän-(K₁, K₂ ...) geführte Signal (t/₅) durch ein- oder gige Signal über eine Reihe von Komparatoren mit mehrfache Frequenzverdoppelung aus den Ein- 5o unterschiedlichen Triggerniveaus geführt ist und die gangssignalen (U₁, U₂) gewonnen ist. Triggemiveaus an die vorgegebene Signalform und

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- an die jeweilige Signalamplitude derart angepaßt sind, kennzeichnet, daß die an den Ausgängen der daß nach jedem vorgegebenen Interpolationsschritt Komparatoren (K_v K₂ ...) entstehenden Signal- eine sprunghafte Änderung der Ausgangsspannung folgen (U_A, U_B ...) eine Codierung der einzelnen 55 an mindestens einem Komparatorausgang erfolgt.
Interpolationsschritte zulassen. Dabei wird die Anpassung der Triggerniveaus an

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- die jeweilige Amplitude des interpolierenden Signals kennzeichnet, daß die an den Ausgängen der entweder durch Konstanthaltung der Amplitude Komparatoren (K., K₂...) entstehenden Signal- selbst oder durch eine Nachführung der Triggerfolgen (U_A, U₈ ...) ein vorzeichenrichtiges Zählen ^6o niveaus erreicht.

zulassen. Dies wird vorzugsweise über ein von der jeweiligen

Signalamplitude und bei Verwendung von mehreren phasenverschobenen Signalen auch von den Phasenänderungen abhängiges Referenzsignal gesteuert.
⁵5 Das Referenzsignal kann dabei dem Geber des

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Inter- Meßsystems selbst entnommen sein oder aus den in polation von weg- bzw. winkelabhängigen peri- den Interpolator eingegebenen phasenverschobenen odischen elektrischen Signalen. Meßsignalen erzeugt werden.

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Die Erfindung wird nun an Hand der in den des interpolierenden Signals andere Werte annehmen Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele müssen, wenn die Auslösung der Interpolationssignale näher erläutert. an den gleichen Stellen s erfolgen soll.

In der Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Interpola- Eine entsprechende von den Amplituden bzw.

tionseinnchtung nach der Erfindung eingezeichnet, 5 Phasenänderungen der eingegebenen Signale abhänwährend in den F i g. 2 a, 2 b und 2 c das zugehörige gige Nachführung der Triggerniveaus läßt sich bei der Signalschema dargestellt ist in Fig. 1 dargestellten Schaltung Π über ein auf

An den Eingangen E₁ und E₂ d?s Interpolators folgende Weise erzeugtes Referenzsignal U_R erzielen, nach Fig. 1 werden die von einem nicht eingezeich- Hierzu werden die Eingangssignale U₁ und ΕΛ,

neten Geber für Weg- oder Winkelmeßeinrichtungen ίο einer weiteren Addierstufe A₉ zugeführt. Durch die bekannter Bauart erzeugten wegabhängigen Signale Addition dieser beiden Eingängssignale eihält man U₁ und U₂ eingegeben. Diese Signale werden in in bekannter Weise ein Ausgangssignal, daß die Zweiweggleichrichter Gl₁ und G/₂ so gleichgerich- gleiche Frequenz wie die Eingangssignale CZ₁ und EZ₂ tet, daß an ihren Ausgängen die Spannungen EZ., hat, jedoch um —45° phasenverschoben ist und eine und CZ₄ (vgl. auch Fig. 2a) entstehen. Die beiden 15 um den Faktor γ2gerößere Amplitude aufweist. Das Signale IZ₃ und LZ₄ werden in einer Additionsstufe A₁ um den Faktor Yl abgeschwächte Ausgangssignal addiert, so daß sich in bekannter Weise ein dreieck- der Addierstufe A, wird dem Zweiweggleichrichter älinliches Signal EZ₅ (vgl. Fig. 2a) ergibt, welches die GZ₄ zugeführt. Am'Ausgang von Gl₄ erhält man das doppelte Amplitude und die doppelte Frequenz von positive Signal U₁₀ (vgl. auch Fig. 2b). Das Ein- U₃ oder EZ₄ hat und außerdem noch 45° gegenüber 20 gangssignal U₂ wird mit Hilfe der Umkehrstufe I₂ den Eingangssignalen EZ₁ und EZ₂ phasenverschoben ist. invertiert und mit dem Eingangssignal EZ₁ in einer Die Eingangssignale EZ₁, EZ₂ und das hieraus ent- weiteren Addierstufe A₃ addiert. Man erhält damit staiidene frequenzverdoppelte Signal EZ₅ sind an die ein Signal, daß in seiner Frequenz wiederum der der Eingänge einer Reihe von Komparatoren K₁, K₂, K₃, Eingangssignale EZ₁ bzw. EZ₀ entspricht, jedoch gegen- K₄, K₃ bis K₁₁ bekannter Bauart angeschlossen, 25 über EZ₁ um +45° phasenverschoben ist und ebenweiche eine sprunghafte Änderung der Komparator- falls eine um den Faktor Yl größere Amplitude hat. ausgangsspannungen ΕΖ_Λ, E7_ß bis EZ_£ herbeiführen, Das um den Faktor Yl abgeschwächte Signal der wenn die Spannung der anliegenden Signale EZ₁, EZ₃ Addierstufe A₃ wird dem Zweiweggleichrichter Gl₃ und U. einen Wert durchschreitet, der dem Span- zugeführt, an dessen Ausgang man das positive nungswert des am jeweiligen KomparatorRJerenz- 30 Signal EZ₉ (vgl. Fig. 2b) erhält. Die positiv gleicheinganges anliegenden Triggerniveaus entspricht. Die gerichteten Halbwellen der Signale EZ₉ und EZ₁₉ wer-Referenzeingänge der Komparatoren K₁, K_a und K₃ den zusammen mit den Signalen EZ₄ und den in der liegen an Masse; ihr Triggerniveau ist somit gleich Umkehrstufe I₁ invertierten Signal EZ₃ einer Addier-NuIl. Die an den übrigen Komparatoren anliegenden stufe A₄ zugeführt. Die Addition dieser Signale stellt Triggemiveaus sind mit ΕΖ_Λι, ΕΖ_Λ2, U_Rv U_Rt bzw. 35 das Referenzsignal U_R (vgl. Fig. 2c) dar, welches TJ_Rl, V_R2, TJ _Rv TJ _R4 bezeichnet. " den Amplituden der Eingangssignale EZ₁ und EZ₂

Die Triggerniveaus der Komparatoren K_x bis K_n proportional ist.

werden über eine Kette von Widerständen R₁, R₂ Durch eine geeignete Abschwächung des Referenz-

bis R₆ erzeugt, über die ein noch näher zu beschrei- signals EZ₃ läßt sich die in Fig. 2c sichtbare Modubendes Referenzsignal U_R bzw. U_R geleistet ist. 40 lation nahezu wirkungslos machen. Im übrigen kann

Die Widerstandskette ist dabei so aufgebaut, daß man die Modulation durch die doppelte Anzahl bei einer vorgegebenen Signalform des zu inter- phasenverschobener Halbwellensignale wesentlich polierenden Signals die an den Widerständen abge- verringern, so daß ihr Einfluß praktisch ohne Bedeugriffenen Triggerniveaus so zu liegen kommen, daß tung ist. Bei Phasenverschiebungen der beiden EinÄnderungen in den Komparatorausgangsspannungen 45 gangssignale U₁ und υ,ψ90° paßt sich, wie Versuche in gleichmäßigen Abständen, welche gleichen Weg- ergeben haben, das Referenzsignal U_R (Fig.2c)dem oder Winkeländerungen entsprechen, erfolgen. Da zu interpolierenden Signal EZ₅ (Fig. 2a) so an, daß im vorliegenden Falle das zu interpolierende Signal EZ₅ die Interpolationsemrichtung bis nahezu 0° Phasendie Form eines gleichschenligen Dreiecks hat, sind verschiebung richtig arbeitet.

alle Widerstände R₁, R₂ bis R₈ gleich groß zu wählen. 50 Wie in der Fig. 1 weiterhin aufgezeigt, wird die Durch geeignete Wahl der Widers'andskette läßt Referenzspannung U_R an die Widerstandskette R₅, sich jedoch jede Signalform, die vom Nulldurchgang R_n, R₇, A₈ und über die Umkehrstufe /₃ negiert, nunbis zum Maximum bzw. Minimum keine unendlichen mehr Bezeichnung U_R an die Widerstandskette A₁, Steigungen aufweist, interpolieren. fl₂, R₃, R₄ angelegt.

Zur Veranschaulichung dieses Sachverhaltes sei auf 55 Die an den Referenzeingängen der Komparatoren die Fig. 4 verwiesen, bei der einige Lagen von K₄ bis K_n liegenden Triggerniveaus EZ_Sl bis EZ_R4 Triggerniveaus U_Ra bzw. U_m, für eine dreieckförmige bzw. F₄₁ bis V_Ri werden durch das amplituden- und A bzw. sinusförmige B Signalform bei vorgegebenen phasenabhängige Referenzsignal U_R bzw. 17*. derart Interpolationsschritten As angedeutet sind. Die nachgeführt, daß die Interpolationseinrichtung auch Widerstandskette muß im selben Verhältnis wie 60 bei Schwankungen der Amplituden bzw. Phasen der die Triggerniveaus abgestuft sein. zu interpolierenden Signale richtig arbeitet.

An der weiterhin gestrichelt eingezeichneten Die bei einem Durchlauf des interpolierenden weg-

Signalform A', welche aus der Signalform A durch abhängigen Signals an den Komparatorausgängen eine Vergrößerung der Amplitude hervorgeht, ist an- der Schaltung nach F i g. 1 auftretenden Spannungsgezeigt, welche Lagen dann die Triggerniveaus U_Ra' 65 änderungen sind in der Fig. 2b synchron mit dem einnehmen müssen, wenn an den gleichen Weg- Signalverlauf der Eingangssignale nach Fig. 2a einstellen s getriggert werden soll. Daraus geht hervor, getragen. Die eingezeichneten Spannungssprünge daß die Triggerniveaus bei Amplitudenänderungen entstehen in bekannter Weise dann, wenn Spannungs-

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gleichheit an beiden Eingängen der Komparatoren Positiven befindet. Das Signal U_R wird wiederum mit

herrscht, d. h., wenn das interpolierende Signal von Hilfe der Widerstandskette R₅, R₆, R₇ und R_B ?o

dem jeweils anliegenden Triggerniveau U_Rl, U_R2 usw. unterteilt, daß es bei einer Verwendung eines be-

(vgl. F i g. 2 a) angeschnitten wird. liebigen (mit bereits gemachter Einschränkung)

Wie aus der Fig. 1 weiterhin ersichtlich, werden 5 Signals U₁₁ und unter Zuhilfenahme von Komparadie an den Ausgängen der Komparatoren K₁ bis K₁₁ toren sprunghafte Veränderungen der Komparatorenaustretenden Signalfolgen U_A bis U_L einer Logik- ausgangsspannungen im gleichmäßigen Abstand erSchaltung LS, bekannter Art zugeführt, bei der gibt (vgl. Fig. 6b).

durch geeignete Verknüpfung derselben an den Aus- In dem in Fig. 5 eingezeichneten Beispiel, daß

gangen A₁ bzw. A₁' die Spannungen U₆ bzw, U₁ ίο die Eingangssignale U₁ bzw. U₂ in 40 Teile unter-

(vgl. Fig. 2b) entstehen. teilen soll, ist wiederum eine quasi Dreiecksfunktion

Eine hierfür geeignete Schaltung ist in der F i g. 3 angenommen worden, bei der sich ein Widerstandsbeispielsweise angedeutet, welche im wesentlichen verhältnis von 1:1, also R₅=R₀=R₇=R₈ ergibt, aus Umkehrstufen und Nand-Gliedern besteht. Die Referenzspannungen U_Rl, U_R2, U_R3 und U,_u

Der Flankenabstand Δ s der Spannungen U₈ und 13 gehen an den zweiten Eingang der Komparatoren K₄ U₇ (Fig. 2b) ist um den Interpolationsfaktor bis K₁. Die Signale EZ₁, U₂ und U_s werden mit Hilfe (hier 40) kleiner als die volle Periode der Eingangs- der Komparatoren K₁, K₂ und K_s bei deren Nullsignale U₁ und IZ₂. Die Signale U₆ und U₇ sind durchgang getriggert. Die Ausgangssignale der Komgegeneinander um 90° versetzt, so daß sie in Verbin- paratoren K₁ bis K₇, also U_E, U_G, U_r, U_A, U_B, U_c dung eines bekannten und in der F i g. 1 nicht mehr 20 und U₀ werden in einer geeigneten logischen Schaleingezeichneten Vorwärts-Rückwärts-Zählers mit tung LS₂ in bekannter Weise verknüpft, so daß an Viertelungslogik vorzeichenrichtig gezählt werden den Ausgängen A_s' bzw. A₄' die in der Fig. 6b einkönnen. gezeichneten Signale U₁₂ und U₁₉ austreten.

Will man die Interpolationsschritte jedoch nicht Auch bei dieser Anordnung können in Interpola-

zählen, sondern codieren, so wird an Stelle der Logik- 25 tionsschritten innerhalb einer Periode oder eines

schaltung LS₁ (Fig. 1) eine ebenfalls bekannte Teiles einer Periode feste Werte zugeordnet werden.

Codierschaltung eingefügt, welche nach dem in Dazu muß man an Stelle von LS„ eine bekannte

Fig. 2c angegebenen Code, gekennzeichnet durch Codierschaltung, die nach dem in Fig. 6c aufge-

die Zustände 0 und L, arbeitet. Hiermit kann nun zeigten Code arbeitet, setzen.

jedem Interpolationswert As ein fester Wert züge- 30 Die in Fig. 5 dargestellte Einrichtung zeichnet

ordnet werden. sich durch einen besonders geringen Aufwand an

Bei dem aufgezeichneten Ausführungsbeispiel Schaltelementen (Komparatoren) aus.
nach F i g. 1 erhält man 40 verschiedene Festwerte Man kann an Stelle der Nachführung der Trigger-(vgl. Fig. 2b). Ein weiteres Ausführungsbeispiel niveaus über ein Referenzsignal auch die Amplitude einer Interpolationseinrichtung nach der Erfindung 35 der Eingangssignale, z. B. mit dem gleichen Referenzist in der Fig. 5 dargestellt, das teilweise aus dem signal, konstant halten, wie dies in der Fig. 7 beigleichen Bauteil wie die Anordnung nach Fig. 1 spielsweise dargestellt ist. Hier werden die Eingangsaufgebaut ist. Gleiche Teile tragen in beiden Figuren signale U₁ und U₂ zunächst über Verstärker V₁, V₂ auch gleiche Bezeichnungen. mit variabler Verstärkung geführt, deren Verstär-

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 wird 40 kungsgrad über einen Referenzsignalerzeuger, ent-

jedoch das aus der Addierstufe A_x austretende Signal sprechend dem Bauteil II nach Fig. 6, gesteuert

U. auf einen Doppelweggleichrichter G/5 gegeben, wird.

welcher ein Signal IZ₁₁ (vgl. auch Fig. 6a) erzeugt, Die so konstant gehaltenen Eingangssignale U_Cl

dessen Frequenz gegenüber IZ₅ verdoppelt ist. bzw. U_C2 werden alsdann, wie oben aufgezeigt,

Das Signal CZ_n wird in der Schaltung nach Fig. 5 45 weiterverarbeitet, mit dem Unterschied, daß nun an

an jeweils einen Eingang der Komparatoren K₄, K_n, die Widerstandsketten eine feste Gleichspannung

K₆ und K. gelegt. Das Referenzsignal U_R wird angelegt werden kann.

wiederum aus der Addition der Signale V₉, U₄, U₉ Ebenfalls ist es auch möglich, die amplitudenab-

und U₁₀ gewonnen. Bei dieser Ausführung braucht hängigen Referenzsignale direkt aus dem Geber, bei

das Signal U_R nicht mehr negiert werden, da sich das 50 einem photoelektrischen Geber aus der Intensität

Signal U₁₁, wie aus der Fig. 6a ersichtlich, nur im der Lichtquelle, zu gewinnen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Pater tansTMÜche· Bei Weg- oder Winkelmeßeinrichtungen ist es aus ' p Gründen der Objektivierung der Meßergebnisse heute

1. Einrichtung zur Interpolation von weg- bzw. allgemein üblich, daß man die gemessenen Werte winkelabhängigen periodischen elektrischen Si- digital anzeigt oder digital weiterverarbeitet.
gnalen, dadurch gekennzeichnet, daß das 5 Derartige Meßeinrichtungen stellen üblicherweise zu interpolierende weg- bzw. winkelabhängigc Linearmeßsysteme oder Drehgeber dar, die abhängig Signal (t/_s) über eine Reihe von Komparatoren von der Weg- oder Winkeländerung periodische elek-(K₁, K₂ ...) mit unterschiedlichen Triggerniveaus trische Signale abgeben.

(V_Rl, U_Ri ...) geführt ist und die Triggemiveaus Um eine Richtungserkennung des Meßvorganges

an die vorgegebene Signalform und an die je- m zu ermöglichen, ist es bei derartigen Meßeinrichtun-

weilige Signalamplitude derart angepaßt sind, daß gen üblich, mindestens zwei phasenverschobene