DE2020393A1 - Fehlersicherung bei inkrementalen Messsystemen - Google Patents

Description

• Behlersicherung bei inkrementalen Meßsystemen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Fehlersicherung bei inkrementalen Meßsystemen zur richtungsabhängigen Wegemessung mittels zueinander phasenversetzter elektrischer Abtastsignale.
• Inkremental arbeitende Lagemeßsysteme beruhen bekanntlich auf der Impuls-Zuwachsmethode, die jede Veränderung des Wertes der Meßgröße in Impulsen zählt.
• Bei inkrementalen Meßsystemen besteht somit keine feste Beziehung zu der ursprünglichen Ausgangslage.
• Dies hat zur Folge, daß ein einmal auftretender Meßfehler auch sämtliche nachfolgenden Messungen verfälscht.
• Es sind bereits Anordnungen zur Fehlersicherung bei inkrementalen Meßsystemen bekannt geworden. Bei diesen werden in einen Übertragungsweg eingestreute Störimpulse unterdrückt, und zwar in der Weise, daß zu übertragende Impulse als komplementäre Impulse gleicher Phasenlage auf verschiedenen Kanälen einem logischen Netzwerk auf der Empfängerseite zugeführt werden. Über den Netzwerkausgang werden nur dann Impulse abgegeben, werrn auf beiden Übertragungskanälen gleichzeitig zwei komplementäre Signale eintreffen.
• Mit Anordnungen dieser Art könneii jedoch keine durch fehlerhafte Phasenlagen der Abtastsignale verursachte Meßfehler festgestellt werden.
• Fehlerhafte Phasenlagen der Abtastaignale können aber z.B. durch Verschmutzung der Meßteilung des inkrementalen Meßsystems hervorgerufen werden.
• Eine weitgehend gleichbleibende Phasenlage und gegebenenfalls auch eine bestimmte Amplitudenhöhe der Abtastsignale sind aber Voraussetzung für eine einwandfreie Messung.
• Die Erfindung will bei inkrementalen Meßsystemen mit einfachen Mitteln eine zuverlässig arbeitende Fehlersicherung schaffen, die es gestattet, fehlerhafte Phasenlagen und gegebenenfalls auch fehlerhafte Amplitudenhöhen der Abtaatsignale anzuzeigen.
• Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß an den beim Meßvorgang erzeugten Abtastsignalen eine Kontrolle des Phasenwinkels und/oder der Amplitudenhöhe durchgefüÄrt wird, und daß bei bestimmten Abweichungen der Abtastsignale von ihrer Soll-Phasenlage und/oder Soll-Amplitudenhöhe eine Fehlermeldung erfolgt.
• Bei einer möglichen Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eines der zueinander phasenversetzten Abtastsignale in bekannter Weise einem Trigger und in weiterer Folge einem Differentiator einer Richtungsdiskriminator- und Zählschaltung zugeführt, der Jeweils beim Kippvorgang des Triggers Impulse liefert Das andere no@ umgeformte Abtaatsignal, das vor der Richtungsdiskriminator - und Zählschaltung abgezweigt ist, steuert einen sogenannten Fenster-Trigger, der im Gegensatz zum erstgenannten Trigger einem bestimmten Ausgangs-Schaltzustand einen Bereich um den Mittelwert des Bingnngssignales und den entgegengesetzten Ausgangs-Schaltzustand die Extrembereiche des Eingangssignales zuordnet. Der Ausgang des Differentiators sowie der Ausgang des Fenster-Tri.ggers sind en eine Kontrollschaltung gelegt, die beispielsweise feststellt, ob der jeweilige vom Differentiator abgegebene Impuls zeitlich mit dem Schaltzustand des Fenster-Triggers zusammenfällt, der den Eftrembereichen seines Eingangsaignales zugeordnet. ist.
• Fällt der jeweilige vom Differentiator abgegebene Impuls zeitlich nicht mit dem vorgenannten Schaltzustand des Fenster-Triggers zusammen, dann wird eine Alarmeinrichtung in Gang gesetzt.
• Auf diese Weise können fehlerhafte Phasenlagen der Abtastsignale - die z.B. durch Verschmutzung der Meßtcilungen verursacht sein können - sofort festgestellt und nach Überprüfung des Meßsystemes auch behoben werden, Zur Erhöhung der Sicherheit kann die vorstehend beschriebene Anordnung auch zweifach vorgesehen sein.
• Dabei steuert jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale einen eigenen Fenster-rigger. Jedem Fenster-Trigger ist eine eigene Kontrollschaltung beigeordnet, an deren Eingänge jeweils der Ausgang des dazugehöngen Fenster-Triggers sowie der Ausgang eines vom anderen Abtastsignal über einen Trigger gesteuerten Differentiatom gelegt sind.
• Jede Kontrollachaltung überprüft für sich, ob der jeweilige vorn Differentiator abgegebene Impuls zeitlich mit einem Schaltzustand des ihr beigeordneten Fenster-Triggers zusammenfällt, der den Extrembereichen seines Eingangssignales zugeordnet ist.
• Bei einer weiteren möglichen Anordnung zu Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert wiederum jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale für sich einen eigenen Fenster-Trigger. Auch sind die elektrischen Signale, deren Phasenlage überprüft werden soll, wieder direkt vom Leitungszweig abgenommen, der zur elektronischen Richtungsdiskriminator- und Zähl schaltung des Meßsystems führt.
• Abweichend von der vorstehend beschriebenen Anordnung werden jedoch nur die Ausgänge der Fenster-Trigger einer Kontrollschaltung zugeführt, die z.B. überprüft, ob die Schaltzustände der Fenster-Trigger zusammenfallen, die den Mittenbereichen ihrer jeweiligen Eingangssignale zugeordnet sind.
• Mit Anordnungen dieser Art kann sowohl eine Phacerwinkelkontro]le als auch eine Amplitudenkontrolle der Abtastsignale durchgeführt werden. Eine Phasenwinkel- und Amplitudenkontrolle ist besonders bei hochauflösenden Meßsystemen von Bedeutung, bei denen eine Signalvervielfachung im bekannten Wege der Phaseninterpolation bewirkt werden soll. Vorpussetzung für eine einwandfreie Signalvervielfachurg durch Phaseninterpolation ist nicht nur eine weitgehend gleichbleibende Phasenlage, sondern es ist auch wichtig, daß die Amplitudenhöhe der Abtastsignale nicht unter einen bestimmten Minimalwert absinkt.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich ais der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
• In der Zeichnung zeigt Figur 1 eine Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 einen Signalverlauf zu Figur 1, Figur 3 eine weitere Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 4 einen Signalverlauf zu Figur 3.
• Die Figur 1 zeigt eine bekannte lichtelektrische Gitterabtasteinrichtung zur richtungsabhängigen Wegemessung. Ein Gittermaßstab 1 und eine darüber gleitende Gitterabtastplatte 2 werden mittels einer Lampe 3 iiber einen Rondensor 4 beleuchtet. Objektive 5 und 6 bilden die die Gitter 1 und 2 durchsetzenden Lichtbündel auf Fotoelemente 7 und 8 ab. Die Ausgangssignale der Fotoelemente 7 und 8 werden in Verstärkern 9 und 10 verstärkt. Die über die Verstärkerausgänge 11 und 12 abgegebenen elektrischen Signale S11 und S12 werden in Impulsformerstufen (Trigger) 13 und 14 in Rechtecksignale TIS und T16 umgeformt. Die Rechtecksignale T15 und T16 werden iiber die Triggerausgänge 15 und 16 in üblicher Weise einer elektronischen Richtungsdiskriminator-und Zählachaltung 17 zugeführt, deren logisches Netzwerk u.a. ein Differenzierglied enthält, das in Figur 1 des besseren Verständnisses wegen außerhalb.
• dieser Schaltanordnung im Leitungazweig 15/19 vorgesehen ist. Der Differentiator 18 im Leitungszweig 15/19 liefert jeweils beim Kippvorgang des Triggers 13 Impulse 119 Das verstärkte Ausgangssignal S12 wird erfindungs gemäß einem Fenster-Trigger 20 zugeführt, der im Gegensatz zu den Triggern 13 und 14 einem bestimmten Ausgangs-Schaltzustand einen Bereich um den Mittelwert des Eingangssignales und den entgegengesetzten Ausgangs-Schaltzustand die Extrembereiche des Eingangasignales zuordnet.
• Der Fenster-Trigger 20 kann aus zwei den Triggern 13 und 14 entsprechenden Triggern 21 und 22 und einem exklusiven ODET2-Tor 29 bestehen. Die Schaltniveaus NO bzw. N1 und N2 (Figur 2) der Trigger 13 und 14 bzw. 21 und 22 sind einstellbar. Der Aus gang .24 des Fenster-Triggers 20 sowie der Ausgang 19 des Differentiators 18 sind an eine Kontrollschaltung 25 gelegt, die im Ausführungsbeispiel feststellt, ob der jeweilige vom Differentiator 18 gelieferte Impuls I19 (Figur 2) zeitlich in den Bereich X (Figur 2) des vom Fenster-Trigger 20 gelieferten Rechtecksignales T24 fällt.
• Die Kontrollschaltung 25 enthält im Ausführungsbeispiel zwei UND-Tore 26 und 27 sowie ein OD-R-Tor 28. An die Eingänge des ersten UND-Dores 26 ist der Ausgang 19 des Differentiators 18 sowie der Ausgang 24 des Fenster-Triggers 20 gelegt.
• An die Eingänge des zweiten UND-Tores 27 ist der Ausgang 191 eines Inverters 29 für die vom Differentiator 18 gelieferten Impulse I19 sowie der Ausgang 24 des Fenster-Triggers 20 angeschlossen.
• Die Phasenlage der Signale S11 und 512 ist richtig, wenn wie in Figur 2 die jeweiligen vom Differentiator 18 gelieferten Impulse I9 in den Bereich X des Rechtecksignales U24 fallen. Die zeit] iche Dauer des Schaltbercichcs X kann durch Veränderung der .Schaltniveaus N1 und N2 der Trigger 21 und 22 variiert werden. 1)ie Alarmeinrichtung, die z.B. eine Warnlampe 31 enthalten kann, wird dann eingeschaltet, wenn der jeweilige vom Differentiator 18 gelieferte Impuls 119 zeitlicht nicht in den Schaltbereich X des Fenster-Triggers 20 fällt. Auf diese Weise können fehlerhafte Phasenlagen der Abtastsignale S11 und S12, die z.B. durch Verschmutzung an der Gitterteilung 1 und 2 verursacht sein können, festgestellt und nach Beseitigung der Fehlerquelle behoben werden.
• In Figur 3 ist jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale 511 und S12 an einen eigenen Fenster-Trigger 201 gelegt, der beim Schaltniveau N3 bzw. N4 anspricht und der entsprechend dem in Figur 1 gezeigten Trigger 20 aufgebaut sein kann. Die über die Ausgänge 32 und 33 der Fenster-Trigger 201 abgegebenen Rechtecksignale T32 und T33 (Figur 4) steuern eine aus einem UND-Tor 34 bestehende Kontrollschaltung, über deren Ausgang 35 beim Auftreten eines Fehlers eine Warnlampe 31 betätigt wird. Die Kontrollschaltung 34 überprüft, ob die Schaltzustände der Fenster-Trigger 201 zusammenfallen, die den Mittenbereichen ihrer jeweiligen Eingangssignale zugeordnet sind. Fellen entgegen der DarstelLung in Figur 4 die jeweiligen Schaltbereiche Y der Fenster-Trigger 201 zusammen, 3.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der zueinander phasenversetzten Abtastsignale (S11) in bekannter Welse einem Trigger (13) und in weiterer Folge einem Differentiator (18) zugeführt wird, der jeweils beim Kippvorgang des Triggers (13) Impulse (I19) liefert, und daß das andere Abtaatsignal (S12) an einen Fenster-Trigger (20) gelegt ist, und daß ferner der Ausgang (24) des Fenster-Triggers (20) sowie der Ausgang (19) des Differentiators (18) an eine Kontrollschaltung (25) gelegt sind, die z.B. feststellt, ob der Jeweilige vom Differentiator (18) abgegebene Impuls (I19) zeitlich mit einem Schaltzustand (X) des Fenster~Uriggers (20) zusammenfällt, der den Extrembereichen seines Eingangssignales zugeordnet ist.
• 4.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale einen eigenen Fenster-Trigger steuert, und daß jedem Fenster-Trigger eine eigene Kontrollschaltung beigeordnet ist, an deren Eingänge jeweils der Ausgang des dazugehörigen Fenster-Triggers sowie der Ausgang eines vom anderen Abtastsignal über einen Trigger gesteuerten Differentiators gelegt sind, und daß jede Kontrollschaltung fiir sich überprüft, ob der jeweilige vom Differentiator abgegebene Impuls zeitlich mit einem Schaltzustand des ihr beigeordneten Fenster-Uriggem zusammenfällt5 der den Extrem-

Claims (2)

1. bereichen seines Eingangssignales zugeordnet ist.

   5.) Anordnung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollschaltung (25) zwei UND-Tore (26 und 27) sowie ein ODER-Tor (28) enthält, wobei an die Eingänge des ersten UND-Tores (26) der Ausgang (19) des Differentiators (18) sowie der Ausgang (24) des Fenster-Triggers (20) und an die Eingänge des zweiten UND-Dores (27) der invertierte Ausgang (191) des Differentiators (18) sowie der Ausgang (24) des Fenster-Triggers (20) gelegt sind, und daß der Ausgang der UND-Tore (26 und 27) an das ODER-Tor (28) gelegt ist, über dessen Ausgang (30) eine Alarmeinrichtung (31) gesteuert wird.

   6.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Phasenwinkel- und/oder Amplitudenkontrolle jedes der Abtastsignale (S11 und S12) einen eigenen Fenster-Trigger (201) steuert, und daß die Ausgänge (32 und 33) der Fenster-Trigger (201) an eine Kontrollschaltung (34) gelegt sind, die z.B. überprüft, ob die Schaltzustände der Fenster-Trigger (201) zusaemenfallen, die den Mittenbereichen ihrer jeweiligen Eingangssignale zugcordnet sind.

   dann wird über den Ausgang 35 der Kontrollschaltung 34 die Warnlampe 31 eingeschaltet.

   Diese Anordnung mit zwei Fenster-Triggern 201 gestattet nicht nur eine Phasenwinkelkontrolle der Signale S11 und S12, sondern sie ermöglicht zugleich auch eine Kontrolle der Amplitudenhöhe der Signale jS11 und S12. Sinkt die Amplitude des Signales S11 oder S12 unterhalb des Schaltniveaus der Fenster-Trigger 201, dann wird dieser Fehler durch Aufleuchten der Warnlampe 31 angezeigt.

   Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann das erfindungsgemäß Verfahren auch zur Fehlerprüfung bei Meßsystemen Verwendung finden, bei denen die zwei zueinander phnsenversetzten Abtastsignale, die weiter verarbeitet werden, mittels einer Gegentaktschaltung erzeugt sind, bei der bekanntlich vier zueinander versetzte Fotoelemente vorgesehen sind, von denen jeweils die um eine halbe Gitterkonstante zueinander versetzten paarweise elektri.sch zusammengeschPltet sind.

   Die erfindungsgemäße Fehlerprüfung iat selbstverständlich auch bei magnetischen, kapazitiven, induktiven inkrementalen Meßsystemen anwendbar.

   Ansprüche 1. Verfahren zur Fehlersicherung bei inkrementalen Meßsystemen zur richtungsabhängigen Wegemessung mittels zueinander phasenversetzter elektrischer Abtaatsignale, dadurch gekennzeichnet, daß an den beim Meßvorgang erzeugten Abtastsignalen (S11 und S12) eine Kontrolle des Phasenwinkels tnd/oder der Amplitudenhöhe durchgeführt wird, und daß bei bestimmten Abweichungen von der Soll-Phasenlage und/oder Soll-Amplitudenhöhe eine Fehlermeldung erfolgt.
2. 2.) Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle des Phasenwinkels und/oder der Amplitudenhöhe wenigstens eines der Abtastsignale (S11 und S12) einem sogenannten Fenster--Trigger (20 bzw. 201) zugeführt wird, der einem bestimmten Ausgangs-Schalt zustand einen Bereich um den Mittelwert des Eingangssignales und den entgegengesetzten Ausgangs-Schaltzustand die Extrembereiche des Eingangssignales zuordnet.

   L e e r s e i t e