DE19521252C2 - Anordnung zum Übertragen von Positionsmeßsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Positionsmeßeinrichtungen, bei denen die Erfindung Anwendung findet, liefern bekanntlich Impulse, de­ ren Anzahl ein Maß für die lineare Verschiebung oder den Drehwinkel darstellt. Diese Impulse werden in einem elektronischen Vor-/Rückwärtszähler als Wegelemente aufsummiert und der Meßwert numerisch angezeigt.

Die Auflösung von inkrementalen Positionsmeßein­ richtungen ist ohne weitere elektronische Untertei­ lung zunächst nur 1/4 der Teilungsperiode, da von zwei um 90° zueinander versetzten Photodetektoren der Abtasteinheit zwei entsprechend zueinander pha­ senverschobene Signale sin und cos erzeugt werden, die vier Nulldurchgänge zum Erzeugen von Zählimpul­ sen aufweisen. Besitzen die beiden Signale eine genügend gute Sinusform, lassen sie sich zwischen den Nulldurchgängen auf verschiedene Weise elek­ trisch interpolieren.

Eine Positionsmeßeinrichtung - von der diese Erfindung ausgeht - ist bei­ spielsweise aus der EP 0 408 799 B1 bekannt.

Der Betrieb von Positionsmeßeinrichtungen kann im industriellen Bereich durch eine Vielzahl von Störgrößen beeinflußt werden. Diese Störgrößen können z. B. Unterspannung, Überhitzung, Kurzschluß von Ausgangsleitun­ gen oder sogar Zerstörungen der Positionsmeßeinrichtung durch Glasbruch oder dergleichen sein. Derartige Störgrößen können in einer Auswerte­ schaltung erfaßt werden und können zu Fehlermeldungen und gegebenen­ falls zum Abschalten des überwachten Gerätes führen.

Die Übertragung all dieser Größen von der Positionsmeßeinrichtung zur Auswerteschaltung erfordert sehr viele parallele Übertragungsleitungen, vor allem wenn mehrere Positionsmeßeinrichtungen gleichzeitig in Betrieb sind.

Aus der DE 32 22 664 A1 ist ein seismisches Explorationssystem bekannt, bei dem über eine Steuervorrichtung Schalter ansteuerbar sind, um aus mehreren analogen Meßsignalen eines auszuwählen und einer Aufzeich­ nungsvorrichtung zuzuführen. Die Schalter sind separate Baueinheiten, wel­ che den Analogsignal-Verstärkern nachgeordnet sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Übertragen von Positionsmeßsignalen nach Art einer Schnittstelle zu schaffen, bei der bereits im Bereich der analogen Positionsmeßsignale eine Multiplex-Betriebsweise möglich ist, so daß im sogenannten Busbetrieb ge­ arbeitet werden kann und möglichst wenige Datenübertragungsleitungen erforderlich sind.

Ferner sollen sowohl inkrementale als auch absolute Positionsmeßeinrich­ tungen sowie deren Mischformen mit der erfindungsgemäßen Anordnung störungsfrei betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspru­ ches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Vorteile der Erfindung liegen in der Möglich­ keit des Anschlusses mehrerer Positionsmeßeinrich­ tungen an nur eine Datenübertragungsleitung, in der möglichen Auswertung von Störsignalen bzw. Fehler­ meldungen, in der möglichen Betriebsweise von Mehr­ spurgebern und der Umschaltung der Spuren unterein­ ander, beispielsweise von analogen Inkremental-Aus­ gängen auf digitalen Absolutcode-Ausgang und im allgemeinen in der Möglichkeit zur Verringerung der notwendigen Übertragungsleitungen.

Anhand der Zeichnungen soll die Anordnung noch nä­ her erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer inkre­ mentalen Meßeinrichtung;

Fig. 2 einen Ausgabebaustein und

Fig. 3 einen Ausgabebaustein mit ana­ logen und digitalen Verstärker- Bausteinen.

Eine in Fig. 1 skizzierte Positionsmeßeinrichtung 1 wird durch einen inkrementalen Drehgeber gebil­ det. Als Maßverkörperung dient hier eine Teilschei­ be 2 mit einem Radialgitter 3. Auf einer weiteren konzentrischen Spur befindet sich eine Referenzmar­ ke 4, die hier aber nicht weiter abgehandelt werden soll. Die Teilscheibe 2 ist mit einer Welle 5 ver­ bunden, deren Position gemessen werden soll. Dazu wird das Radialgitter 3 von einer nicht näher be­ zeichneten Abtasteinheit abgetastet. Die wesentli­ chen Bestandteile der Abtasteinheit sind eine Lichtquelle 6, ein Kondensor 7, eine Abtastplatte 8 und Photodetektoren 9.

Bei einer Bewegung der Teilscheibe 2 relativ zur Abtasteinheit kommen die Striche und Lücken des Radialgitters 3 abwechselnd mit den Abtastgittern der Abtastplatte 8 zur Deckung. Die Photodetektoren 9 setzen den sich periodisch ändernden Lichtstrom in elektrische Signale um. Als Ausgangssignale ste­ hen zwei sinusförmige Signale zur Verfügung. Sie sind um 90° elektrisch zueinander phasenverschoben, was durch zwei Photodetektoren 9 bewirkt wird, die um 1/4 der Teilungsperiode T zueinander versetzt sind.

Die analogen Meßsignale sin und cos werden in einen Ausgabebaustein 10 eingespeist, der funktionsmäßig als analoge Treiberstufe bezeichnet werden kann. Der Ausgabebaustein 10 verfügt außer über die Meß­ signal-Eingänge 11 auch noch über einen Steuersi­ gnal-Eingang 12 und einen Ausgang 13 für eine Da­ tenleitung 14. Die Datenleitung 14 kann ein soge­ nannter Bus sein, über den mehrere Signalkanäle ge­ leitet werden.

In dem Ausgabebaustein 10 befindet sich wenigstens ein Analogsignal-Verstärker 15, an dem die Meßsi­ gnale sin, cos anliegen. Dieser Analogsignal-Ver­ stärker 15 kann über ein Steuersignal 16, welches am Steuersignal-Eingang 12 anliegt, hochohmig ge­ schaltet werden, so daß von diesem Verstärker 15 kein Ausgangssignal an der Datenleitung 14 anliegt. Dieser Zustand ist sinnvoll, wenn in der Positions­ meßeinrichtung 1 eine Störung vorliegt, so daß ein Störsignal über die Steuerleitung 17 die Abschal­ tung (hochohmig schalten) des Analogsignal-Verstär­ kers 15 bewirkt.

Eine Positionsmeßeinrichtung 1 hat im allgemeinen mehrere Signalausgänge, nämlich für die 0°- und 90°-Positionsmeßsignale sin und cos, die analog sind, so wie für ein Referenzsignal R, welches von der schon erwähnten Referenzmarke 4 abgeleitet ist. Jeder dieser Signalkanäle wird über einen Analog­ signal-Verstärker 15a, 15b, 15c geleitet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Jeder dieser Analogsi­ gnal-Verstärker 15a, 15b, 15c kann mit Hilfe des Steuersignales 16 hochohmig geschaltet werden, so daß gezielt einer oder mehrere Ausgänge der Analog­ signal-Verstärker 15a, 15b, 15c auf die Datenlei­ tung 142 am Ausgang 132 des Ausgabebausteines 102 geschaltet werden kann.

Ferner können mehrere Geräte, z. B. Positionsmeß­ einrichtungen an den Ausgabebaustein 10 angeschlos­ sen werden (was hier nicht dargestellt ist). Das Steuersignal 16 schaltet dann die ausgewählten Ana­ logsignal-Verstärker, die den verschiedenen Posi­ tionsmeßeinrichtungen zugeordnet sind, auf die Da­ tenleitung 14, indem die Analogsignal-Verstärker der nicht positiv ausgewählten Positionsmeßeinrich­ tungen hochohmig geschaltet werden. Selbstverständ­ lich können die erwähnten Signale und damit die Auswahl auch invertiert werden.

Durch die Erfindung ist also eine Art analoger Mul­ tiplex-Betrieb möglich.

Weiterhin kann durch hochohmig schalten der Analog­ signal-Verstärker 15 auch eine Umschaltung von ana­ logem inkrementalem Ausgang einer Positionsmeßein­ richtung 1 auf den digitalen absoluten Code-Ausgang eines "Gebers" erfolgen.

Alle aufgeführten Ausführungsbeispiele ermöglichen die Verringerung der notwendigen Datenleitungen 14 zur Übertragung der Meßsignale sin, cos bzw. der weiteren Ausgangssignale.

Im Prinzip ist hochohmig schalten unter den Be­ zeichnungen Tri-State- bzw. Disable-Funktionen aus der Digitaltechnik bekannt.

Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaf­ fen, bereits in der analogen Phase den sogenannten Multiplex-Betrieb zu ermöglichen, was für den ge­ samten Schaltungsaufwand sehr vorteilhaft ist.

Dies schließt aber nicht aus, daß in dem Ausgabe­ baustein 10 auch digitale Bausteine vorgesehen sein können, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Neben den Analogsignal-Verstärkern 153 sind noch Digitalsignal-Verstärker oder auch -Empfänger 183 im Ausgabebaustein 103 vorgesehen, die mittels ei­ nes spezifizierbaren Signales 163 über die Steuer­ leitung 173 hochohmig geschaltet werden können.

Ein Wechselschalter 193 deutet an, daß die Analog­ signal- und Digitalsignal-Verstärker 153 und 183 sowohl gemeinsam als auch einzeln ansteuerbar sind. Dieser Wechselbetrieb ist z. B. bei Gebern vorteil­ haft, die in einer bestimmten Betriebsphase ana­ log-inkremental betrieben werden, bei denen es aber ebenfalls möglich sein soll, in einer weiteren Be­ triebsphase den digitalen absoluten Codewert auszu­ geben. Dazu werden dann die Analogsignal-Verstärker 153 hochohmig geschaltet und die Ein- bzw. Ausgänge der Digitalsignal-Verstärker 183 liegen an dem Aus­ gang 133 mit der Datenleitung 143.

Es versteht sich, daß die Anzahl der schaltbaren Verstärker im Ausgabebaustein nicht begrenzt ist.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen also darin, mehrere Positionsmeßeinrichtungen im Paral­ lelbus-Konzept betreiben zu können. Gerätespezifi­ sche Störsignale bzw. Fehlermeldungen können durch hochohmig schalten der analogen Signalausgänge er­ kennbar gemacht werden, dadurch entfällt eine sepa­ rate Leitung für Fehlermeldungen.

Claims (6)

1. Positionsmeßeinrichtung mit
einem Teilungsträger, der eine inkrementale Teilung aufweist, bei dessen Abtastung positionsabhängige gegeneinander phasen­ verschobene analoge Positionsmeßsignale erzeugt werden,
einem dieser Positionsmeßeinrichtung zugeordneten Ausgabebaustein, an welchem eingangsseitig diese erzeugten analogen Positions­ meßsignale anliegen und der ausgangsseitig wenigstens eine Datenleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ausgabebaustein (10; 102; 103) Analogsignal-Verstärker (15; 15a, 15b; 153) aufweist, an denen jeweils die Positionsmeßsignale (sin, cos) anstehen, und
die Analogsignal-Verstärker (15; 15a, 15b; 153) jeweils einen Steuersignal-Eingang (12; 122; 123) aufweisen, an denen jeweils ein Steuersignal (16; 162; 163) anlegbar ist, durch das der Ausgang (13; 132; 133) des jeweiligen Analogsignal-Verstärkers (15; 15a, 15b; 153) hochohmig schaltbar ist.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß,
mehrere Positionsmeßeinrichtungen (1) an eine gemeinsame Datenleitung (14; 142; 143) angeschlossen sind, und
die Analogsignal-Verstärker (15; 15a, 15b; 153) der jeweiligen Positionsmeßeinrichtung (1) von dem Steuersignal (16; 162; 163) gemeinsam hochohmig schaltbar sind, wodurch eine dieser Positionsmeßeinrichtungen (1) anwählbar ist.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen einer Störung der Positionsmeßeinrichtung ein gerätespezifisches Störsignal generiert wird, das als Steuersignal (16; 162; 163) dient und die Analogsignal-Verstärker (15; 15a, 15b; 153) für die Positionsmeßsignale (sin, cos) hochohmig schaltet.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer analogen und einer digitalen Betriebsphase der Positionsmeßeinrichtung auswählbar ist, wobei in der analogen Betriebsphase die am Ausgang (133) der Analogsignal-Verstärker (153) anstehenden analogen Positionsmeßsignale (sin, cos) auf der Datenleitung (143) ausgegeben werden und in der digitalen Betriebsphase Digitalsignale der Positionsmeßeinrichtung auf der Datenleitung (143) ausgegeben oder eingegeben werden und die jeweiligen Analogsignal-Verstärker (153) jeweils einen Steuersignal- Eingang (123) aufweisen, an denen ein Steuersignal (163) anlegbar ist, durch das der Ausgang (133) dieser Analogsignal-Verstärker (153) in der digitalen Betriebsphase hochohmig schaltbar ist.

5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der analogen Betriebsphase die über die Analogsignal-Verstärker (153) verstärkten analogen Positionsmeßsignale (sin, cos) an der Datenleitung (143) anliegen, und daß in der digitalen Betriebsphase über Digitalsignal-Empfänger (183) der Positionsmeßeinrichtung über die Datenleitung (143) Digitalsignale zuführbar sind, wobei in der analogen Betriebsphase die Digitalsignal-Empfänger (183) und in der digitalen Betriebsphase die Analogsignal-Verstärker (153) hochohmig geschaltet sind.

6. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgabebaustein (102; 103) einen weiteren Analogsignal- Verstärker (15c; 153) aufweist, an dem ein Referenzsignal (R) ansteht, welches durch Abtastung einer Referenzmarke (4) des Teilungsträgers (2) erzeugt ist, und daß durch hochohmig Schalten ein oder mehrere Ausgänge der Analogsignal-Verstärker (15a, 15b, 15c; 153) auf die Datenleitung (142) schaltbar sind.