DE2134784A1

DE2134784A1 - Anordnung zum Messen einer Verschiebung mittels kodierter Zählung

Info

Publication number: DE2134784A1
Application number: DE19712134784
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Societe dOptique Precision Electronique et Mecanique SOPELEM SA
Current assignee: Societe dOptique Precision Electronique et Mecanique SOPELEM SA
Priority date: 1970-07-28
Filing date: 1971-07-12
Publication date: 1972-02-03
Also published as: FR2098807A5; NL7110384A; CH530622A

Description

Patentanwälte

iS: 5101764 12.7.1971

Dr.-Ir ·. r ■ _Z]_r.

Münci'.anL^. -^.ncJorfstr. 10

SOCIETE D^!OPTIQUE, PRECISION, ELECTRONIQUE & MECANIQUE - SOPELEM

Paris (Frankreich)

Anordnung zum Messen einer Verschiebung mittels kodierter

Zählung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen einer Verschiebung mittels kodierter Zählung mit einem vor einer geteilten Spur verschiebbaren Leser, der aus mehreren Fühlern aufgebaut ist, die beim Vorbeigang an der Teilung der Spur über einen Signalformer Wellensignale mit der Schrittweite der Teilung entsprechender Periode an eine logische Umkodierschaltung mit η Ausgangstoren abgeben, die während der Verschiebung des Lesers um einen Schritt auf der Spur ihr logisches Niveau abwechselnd in der Weise verändern, daß sich für jeden Schritt der Teilung η Inkremente ergeben, und die mit einem Impulsgenerator gekoppelt sind, der bei jeder Niveauänderung an einem Ausgangstor einen Impuls an einen diese Impulse aufsummierenden Zähler abgibt.

31O-(7O/44)-DfBk.(6)

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Für die Markierung· der Stellung eines beweglichen Bauteils in Bezug auf ein anderes und ganz allgemein zur Messung von Verschiebungen beispielsweise in Werkzeugmaschinen mit numerischer Steuerung kann man bekanntlich entweder ein Zählverfahren mit absoluten Zahlenwerten oder ein Zählverfahren mit Impulszählung anwenden.

Sie Zählverfahren mit absoluten Zahlenwerten ermöglichen es, jedem Punkt einer codierten Skala eine und nur eine dafür repräsentative Binärzahl entsprechen zu lassen. Dazu muß man eine erhebliche Anzahl von zueinander parallelen und wachsenden Stellenwerten zugeordneten codierten Spuren verwenden, wobei beispielsweise jede Spur eine Schrittweite für ihre Teilung aufweist, die dem Doppelten der Schrittweite für die Spur für den nächstniederen Stellenwert entspricht. Ein solches Zählverfahren wird naturgemäß relativ kostspielig.

Aus diesem Grunde verwendet man meist Zählverfahren mit Impulszählung, bei der jeder als Inkrement bezeichnete Vorschubschritt für das bewegliche Bauteil durch die Meßeinrichtung für die Verschiebungsmessung in einen elektrischen Impuls umgesetzt wirdj die so während der Verschiebung des beweglichen Bauteils entstehenden Impulse werden auf einem Übertragungskanal einem elektronischen Vorwärts-Eückwärts-Zähler zugeführt, der diese Impulse unter Berücksichtigung des Hichtungssinnes für die Verschiebung aufsummiert.

Bei diesem Zählverfahren kommt man mit einer geteilten Spur aus, wobei jeder Teilschritt zu einem Impuls führt und daher einem Inkrement der Verschiebung entspricht.

Will man dabei sehr kleine Inkremente noch unterscheiden, so muß man dementsprechend Teilungen mit sehr feiner Schrittweite herstellen, was sich jedoch als schwierig erweist. Es ist daher schon der Vorschlag gemacht worden, eine solche geteilte Spur mit Hilfe

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eines Lesers abzulesen, der eine Vielzahl von Fühlern enthält, von denen jeder beim Vorbeigang an der Teilung der Spur ein Wellensignal abgibt. Die von den einzelnen Fühlern abgegebenen Wellensignale werden dann zunächst einer Signalformung unterworfen, die sie in zwischen zwei logischen Niveaus hin-und herpendehde Rechtecksignale überführt, und sodann in einer logischen Umcodierschaltung miteinander kombiniert, die η Ausgangstore enthält, die während der Verschiebung des Lesers um einen Schritt auf der Spur abwechselnd ihre logischen Niveaus ändern; mit einem solchen System für codierte Zählung kann man daher für jeden Schritt auf der Spur η Inkremente unterscheiden und kann sich daher mit einer gröberen Teilung der Spur zufriedengeben. Die Ausgangstore der Umcodierschaltung sind dann mit einem Impulsgenerator verbunden, der bei jeder Niveauänderung an einem Ausgangstor einen Impuls abgibt, und diese Impulse werden wie früher in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler aufsummiert·

Ein solches Zählsystem hat jedoch den Nachteil, daß es sehr empfindlich gegen Storspannungen ist, die zusätzliche Impulse erzeugen, die dann in der gleichen Weise wie die auf die zu messende Verschiebung zurückgehenden Meßimpulse gezählt werden. Außerdem besteht dann, wenn die das sich verschiebende Bauteil enthaltende Maschine Schwingungen unterliegt, die eine Amplitude in der Größenordnung des jeweiligen Inkrements überschreiten, die Gefahr, daß diese Schwingungen in falsche Impulse für eine vorgetäuschte Verschiebung umgesetzt und gezählt werden, obwohl sich tatsächlich keine dauernde Verschiebung des verschieblichen Bauteils ergeben hat.

Außerdem läßt sich zwar die Stellung des Lesers relativ zur geteilten Spur für die Feststellung, ob sich der Leser nicht während eines Stillstandes der Maschine verschoben hat,/jedoch kann man dabei nur Verschiebungen in der Größenordnung der Schrittweite der Teilung unterscheiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeit

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zu einer Markierung der Lage des Lesers innerhalb der Schrittweite der Teilung zu schaffen, so daß man auch parasitäre Verschiebungen · des Lesers innerhalb der Schrittweite der Teilung unterscheiden kann.

Die gestellte Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß für die Anzeige der Stellung des Lesers innerhalb eines Schrittes der Teilung eine Markiereinrichtung mit einem Indikator mit η Stellungen vorgesehen ist, von dessen η Eingängen jeder an ein Ausgangstor der Umkodierschaltung angeschlossen ist.

Dabei können die Eingänge des Indikators jeweils über einen Adapter an die Ausgangstore der Umkodierschaltung angeschlossen sein, und der Indikator selbst kann mindestens eine Ziffernanzeigeröhre oder ein über einen Digital-Analog-Wandler an die Ausgangstore der UKD-Schaltung angeschlossenes Analoganzeigegerät enthalten.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht, die alle ihre Vorteile erkennbar werden lassen? dabei zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung mit codierter Zählung,

Fig. 2 ein Schaltbild für Einzelheiten eines im Eahmen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung verwendbaren Adapters für einen Indikator mit Ziffernanzeigeröhre und

Fig. 3 ein entsprechendes Schaltbild für den Adapter bei einer Ausbildung des Indikators mit einem Analoganzeigegerät.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Meßanordnung eine geteilte Spur 1, vor der sich ein Leser 2 mit vier Fühlern A, B, C und D verschieben kann. Während ihrer Ver-

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Schiebung vor der Spur 1 geben die Fühler A, B, C und D jeweils Wellensignale ab, deren Periode einem Schritt ρ auf der geteilten Spur 1 entspricht. Biese Wellensignale werden in einer Signalformerschaltung 5 mit einem Generator 30 für ein Bezugssignal mit konstanter Leistung und vier Komparatoren 31» 32, 33 und 34 für den Vergleich der von den Mhlern A, B, C bzw· D abgegebenen Wellensignale mit dem Bezugssignal in Rechtecksignale a, b, c und d umgewandelt.

Die Kombination der vier Signale a, b, c und d am Ausgang der Signalformersehaltung 3 gestattet bekanntlich die Aufstellung eines Codes mit der Basis 8, wie er in der nachstehenden Tabelle schematisch dargestellt ist:

0 1 1

1 1 1 2.1 1

3 1 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

7 0 1

In Pig« 1 ist eine logische Uakodierschaltung 4 für die Umkodierung der Signale a, b, 0 und d entsprechend der obigen Tabelle beispielshalber schematisch dargestellt. Diese Umkodierschaltung 4 besitzt zunächst vier Inverter 4I, 42, 43 und 44 für die Bildung der invertierten Signale ä, "B, c und 3, welche Signale dann paarweise auf eine Serie von UND-Schaltungen PO, P1, P2, P3, P4, P5, P6 und P7 entsprechend der obigen Tabelle gegeben werden. Auf diese Weise erhält man am Ausgang der Umkodierschaltung 4 aoht Signale, die bsi jeder Verschiebung des Lesers um ein einem Achtel der Schrittweite ρ für die Teilung der Spur 1 entsprechendes Inkrement abwechselnd mit ansteigender Flanke vom logischen Niveau 0 auf das logische Niveau

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	d.	Umkodierung	d
1	1	a	a
1	0	C	b
0	0	C	a
0	0	b	d
0	0	ä	- c
0	1	d
1	1	C	ä
1	1	b

übergehen. Jede so am Ausgang eines der UND-Schaltungen PO bis P7 auftretende ansteigende Planke wird in bekannter Weise in einem Impulsgenerator 5 in einen Impuls umgewandelt, der über eine ODER-Sohaltung 6 einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 7 zugeführt wird, der alle diese Impulse aufsummiert, wobei der Richtungssinn für die Verschiebung in bekannter und daher im Einzelnen nicht dargestellter-Veise ebenfalls in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 7 eingegeben wird, so daß dieser jeden Impule entsprechend dem zugehörigen Richtungssinn entweder hinzuaddiert oder abzieht, wodurch dann der gesamte Zählerinhalt der Stellung des Lesers 2 relativ zur Snffnnr 1 entspricht.

Erfindungsgemäß wird nun der bis hierher beschriebenen bekannten Anordnung beispielsweise eine Markiereinrichtung für die Stellung des Lesers 2 innerhalb eines Schrittes der Teilung der Spur 1 hinzugefügt, die einen Indikator 8 mit acht Stellungen enthält, dessen acht Eingänge jeweils parallel zueinander und ggf. über einen Adapter 9 an den Ausgang je einer der UHD-Schaltungen PO bis P7 angeschaltet sind.

Der Indikator 8 kann entweder eine Ziffernanzeigeröhre oder ein Analoganzeigegerät sein.

In Fig· 2 ist als Beispiel ein Schaltschema für eine Ziffernanzeigeröhre mit acht Kathoden KO bis K7 veranschaulicht, von denen jede an den Kollektor eines von acht Transistoren TO bis T7 angeschaltet ist, die jeweils mit ihrer Basis parallel zueinander über je einen von acht Schutzwiderständen RO bis R7 an den Ausgang je einer der UND-Schaltungen PO bis P7 angeschaltet sind. Außerdem ist der Kollektor jedes der Transistoren TO bis T7 über je einen weiteren Schutzwiderstand R¹O bis R*7 an eine Leitung angeschlossen, die ihrerseits von einer Speisequelle für die Speisung der Anode der Ziffernanzeigeröhre mit konstanter Anοdenspannung über Widerstände R8 und R9 abzweigt, die das Ruhepotential für die Kathoden KO bis K7 der Ziffernanzeigeröhre bestimmen.

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In Pig. 3 ist ein Schaltbild für eine Ausführungsvariante unter Verwendung eines Indikators mit einem Analoganzeigegerät dargestellt, das hier aus einem Drehspulgalvanometer G besteht, dessen Zeiger sich vor einer Teilung bewegt, wobei die Auslenkung seiner Drehspule dem diese durchfließenden Strom proportional ist.

Der gesamte Ausschlagbereich für den Zeiger des Galvanometers G ist in sieben gleich große Intervalle mit einer Teilung von 0 bis 7 unterteilt. Als Größe für den mit dem Galvanometer G zur Erzielung einer Gesaintauslenkung des Zeigers unter der Einwirkung einer dem logischen Niveau 1 für das Ausgangssignal an einer der UND-Schaltungen PO bis P7 entsprechenden Spannung U in Serie zu schaltenden Widerstand sei ein Wert R angenommen. Das Galvanometer G ist dann über Widerstände mit der Größe R, 2R, 3R, 4R, 5R, 6R bzw. 7R parallel an die Ausgänge der UND-Schaltungen P7, P6, P5, P4, P3, P2 bzw. P1 angeschlossen. Zum Ausgang der UND-Schaltung PO dagegen besteht für das Galvanometer G keine Verbindung.

Ein am Ausgang der UND-Schaltung PO auftretendes Signal führt dann offensichtlich zu keinem Zeigerausschlag am Galvanometer G. Ein am Ausgang der UND-Schaltung P1 auftretendes Signal läßt einen Strom der Größe U/7R durch das Galvanometer G fließen, und dieser Strom erzeugt einen Zeigerausschlag von 1/7 des Gesamtausschlages, so daß der Zeiger des Galvanometers dem Teilstrich 1 auf dessen Skala gegenübersteht. In gleicher Weise ergibt sich bei Auftreten eines ^üignals am Ausgang der UND-Schaltung P2 ein Zeigerausschlag bis zum Teilstrich 2 am Galvanometer G usw.

Da jede Änderung im logischen Niveau am Ausgang einer der UND-Schaltungen PO bis P7 einer genau vorgegebenen Stellung des Lesers 2 innerhalb eines Schrittes der Teilung der Spur 1 entspricht, läßt sich so die Stellung des Lesers relativ zur Schrittweite der Teilung auf der Spur 1 mit hoher Genauigkeit markieren. Auf d iese Weise genügt es bei einer Stillsetzung der das verschiebliche Bauteil tragenden Maschine, die auf der Ziffernanzeigeröhre 8 angezeigte oder

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dem Zeigerausschlag des Galvanometers G entsprechende Zahl zu notieren, und "dann kann man bei jeder Inbetriebnahme der Maschine feststellen, ob sich der Leser 2 auch nur geringfügig verschoben hat. Ist dies der Fall, so braucht man ihn lediglich so weit zu verschieben, daß sich an der Ziffernanzeigeröhre θ oder an der Skala des Galvanometers G wieder die gleiche Anzeige wie zuvor ergibt, um sicher zu sein, daß der Leser 2 wieder genau seine alte Stelle eingenommen hat.

In gleicher Weise kann man auch überprüfen, ob nicht ein Impuls durch einen Fehler oder eine Störspannung ungewollt ausgelassen oder hinzugefügt worden ist. Dazu braucht man lediglich die von der Ziffernanzeigeröhre 8 oder dem Galvanometer G bei Beginn der Arbeiten angezeigte Zahl zu notieren, wenn der Zähler 7 auf 0 gestellt ist. Hach Beendigung der Arbeiten verschiebt man dann den Leser 2 so, daß der Zähler 7 wieder auf 0 steht,und überprüft, ob die Ziffernanzeigeröhre 8 bzw. das Galvanometer G wieder die gleiche Zahl anzeigt wie vor Beginn der Arbeiten. Ist dies nicht der Fall, so kennt man gleich die Anzahl der infolge von Fehlern ungewollt ausgelassenen oder hinzugefügten Impulse.

An den Einzelheiten der dargestellten Ausführungsbeispiele kann man selbstverständlich zahlreiche Abwandlungen vornehmen, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird. Insbesondere läßt sich die Erfindung für jedes Zählsystem mit codierter Zählung verwenden, wobei die Anzahl der Fühler im Leser und die Anzahl der Kodierelemente im verwendeten Code völlig beliebig sein kann. Bei den dargestellten AusfUhrungsbeispielen werden die von den Fühlern abgegebenen Signale durch ihren Vergleich mit einem Bezugssignal geformt, statt dessen ließe sich in bekannter Weise auch eine Signalformerschaltung v6rwenden, bei der als Bezugssignal für jedes Signal eines Fühlers ein von einem anderen Fühler abgegebenes Signal dient. Bei einer solchen Anordnung lassen sich bekanntlich die verschiedenen Signale so mit_T einander kombinieren, daß die Anzahl der für einen Schritt auf der

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Teilung ablesbaren Inkremente vergrößert wird. So ist es beispielsweise bei einem System mit fünf Fühlern, das die Ablesung von 10 Einheiten innerhalb eines Teilungsschrittes gestattet, durch einen Vergleich des von jedem Fühler abgegebenen Signals mit einem der halben Summe aus den von zwei weiteren Fühlern abgegebenen Signalen entsprechenden Signal möglich, auch halben Einheiten entsprechende Lagen und damit zwanzig Inkremente je Schritt der Teilung zu unterscheiden. Bei einem solchen System genügt es, mehrere Ziffernanzeigeröhre^beispielsweise zwei ZiffernanzeigerÖhren mit zehn Stellungen zu verwenden, die jeweils an zehn Ausgangstore der Umkodierschaltung angeschlossen sind. Außerdem kann man für die Anzeige der Einheiten eine Ziffernanzeigeröhre mit zehn Stellungen, die an die den Einheiten entsprechenden zehn Ausgangstore angeschlossen ist, und eine weitere Röhre verwenden, die einfach eine halbe Einheit anzeigt und an die zehn weiteren Ausgangstore angeschlossen ist.

Unabhängig von der Anzahl der auf einem Sohritt der Teilung abgelesenen Inkremente ist es so immer möglich, die Stellung der Fühler auf der Spur zu markieren.

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Claims

Patentansprüche

ίο/Anordnung zum Messen einer Verschiebung mittels kodierter Zählung mit einem von einer geteilten Spur verschiebbaren Leser, der aus mehreren Fühlern aufgebaut ist, die beim Vorbeigang an der Teilung der Spur über einen Signalformer Wöllensignale mit der Schrittweite der Teilung entsprechender Periode an eine logische Umkodierschaltung mit η Ausgangetoren abgeben, die während der Verschiebung des Lesers um einen Schritt auf der Spur ihr logisches Niveau abwechselnd in der Weise verändern, daß sich für jeden Schritt der Teilung η Inkremente ergeben, und die mit einem Impulsgenerator gekoppelt sind, der bei jeder Niveauänderung an einem Ausgangstor einen Impuls an einen diese Impulse aufsummierenden Zähler abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anzeige der Stellung des Lesers innerhalb eines Schrittes der Teilung eine Markiereinrichtung mit einem Indikator mit η Stellungen vorgesehen ist, von dessen η Eingängen jeder an ein Ausgangstor der Umkodierschaltung angeschlossen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Indikators jeweils über einen Adapter an die Ausgangstore der Umkodierschaltung angeschlossen sind.

5· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator mindestens eine Ziffernanzeigeröhre enthält.

4· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikator ein über einen Digital-Analog-Wandler an die Ausgangstore der Umkodierschaltung angeschlossenes Analoganzeigegerät enthält·

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