DE2758525B1

DE2758525B1 - Messeinrichtung mit codierter Unterteilung

Info

Publication number: DE2758525B1
Application number: DE2758525A
Authority: DE
Inventors: Alfons Ing Baumgartner; Ernst Dipl-Phys Schwefel
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1977-12-28
Publication date: 1979-06-28
Also published as: US4306220A; FR2413637A1; CH636700A5; JPS54109858A; IT7812910A0; GB2014721A; GB2014721B; JPH0135286B2; FR2413637B1; IT1203155B; ATA837378A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind z. B. lichtelektrische digitale Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen der unterschiedlichsten Bauarten bekannt. Gemäß der Forderung nach großer Genauigkeit sind die Teilungsintervalle möglichst klein zu wählen. Dieser Forderung steht jedoch die im gleichen Maße zunehmende Zählgeschwindigkeit der Zähler entgegen. Das Auflösungsvermögen derartiger Meßeinrichtungen ist also durch die Gitterkonstante der benutzten Präzisionsmaßstäbe bzw. durch die Zählfrequenz der Zähler begrenzt. Es sind Maßnahmen bekannt, bei denen mit Hilfe von elektronischen Unterteilungen das Auflösungsvermögen gesteigert wird (CH-PS 407569). Des weiteren sind aus der DE-AS 1548744 sowie aus der CH-PS 550382 Maßnahmen bekannt, mit denen Feinunter teilungen Grobunterteilungen zugeordnet werden können.

Mit zunehmender Unterteilung wird jedoch der Schattanjpsaufwand zum Anschluß der Zwischenwerte an die groben Werte immer größer, so daß die Anzahl

i' der Teilungsschritte praktisch sehr begrenzt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Anordnungen nicht aufweist, und die es ermöglicht, bei gegebener Verarbeitungsge-

*> schwindigkeit der Auswertebaueinheit die Meßgeschwindigkeit zu erhöhen und eine nahezu beliebige Unterteilung zu realisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der wesentliche technische Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik ist darin zu sehen, daß bei gegebener Verarbeitungsgeschwindigkeit der Auswertebaueinheit die Verfahrgeschwindigkeit der beiden relativ zueinander beweglichen Objekte beträcht-

jo Hch erhöht werden kann.

Es wird eine sehr hohe Auflösung erreicht, ohne daß eine hochauflösende Maßstabteilung erforderlich wäre. Eine hochauflösende Maßstabteilung ist kostspielig und die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Auswertebaueinheit müßte mit aufwendigen Mitteln erhöht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist die Teilung z. B. um den Faktor 100 grober, so daß bei den üblichen Verfahrgeschwindigkeiten der Zähler nur eine Zählfrequenz im kHz-Bereich verarbeiten können muß. Wäre hingegen bereits die Maßstabteilung so fein, wie es die Auflösung fordert, müßte der Zähler im MHz-Bereich arbeiten, was erhebliche schaltungstechnische Probleme nach sich ziehen würde.

In der Zeichnung ist das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gezeigt.

Auf einem Maßstab M ist eine Teilung mit relativ großer Gitterkonstante G aufgetragen. Ein Abtast-

% kopf AK tastet diese Teilung ab und liefert Signale S₁, S₂ mit einer Phasenverschiebung von 90°. Die beiden Signale S₁, S_? werden in Verstärkern V., V₂ verstärkt und zum einen einer Schaltung zur Zwischenwertbüdung C, zum andern nach Triggerung in Triggern T₁, T₂ einem Vor-/Rückwärtszähler Z zugeführt, der auch einen Richtungsdiskriminator enthält. Im Vor-/Rückwärtszähler Z werden die getriggerten Signale S₁', S₂ nach dem Prinzip der Einfachauswertung gezählt (nur aus dem Wechsel des

μ 90°-Signals S₂, während das 0°-Signal 5/ = 1 ist, werden Zählimpulse abgeleitet). In der Schaltung zur Zwischenwertbildung C wird aus den analogen Signalen Sp S₂ eine Unterteilung in eine nahezu beliebige Anzahl von codierten Zwischenwerten (z. B. 100) vorgenommen. Diese codierten Zwischenwerte sind von Amplitude und Vorzeichen der 0°- und 90"-Signale S., S₂ und damit von der Position des Meßsystems abhängig und daher codiert.

Die Impulszählung ist dadurch nur in größeren Schritten (z. B. entsprechend alle 100) notwendig. Dies ermöglicht die hohe Auswertegeschwindigkeit.

Der Codewert und der Zählerstand werden von einem Rechner R, zweckmäßig einem Mikrocomputer, abgefragt, welcher Codewert und Zählerstand einander eindeutig zuordnet und über seine Ausgänge eine Anzeige A steuert. Die Vorzeichenbildung erfolgt ebenfalls softwaremäßig im Rechner R. Selbstverständlich kann über die Ausgänge des Rechners R auch eine andere Datenausgabe erfolgen (Druckeransteuerung, Maximal-Minimalwerterfassung usw.). Die eindeutige Zuordnung des codierten Zwischenwertes an den gezählten Wert geschieht dadurch, daß bei bestimmten Signalkombinationen der zum Zählen verwendeten Rechtecksignale S₁', S₂' und der codierten Zwischenwerte eine + 1 zum Zählerstand addiert wird. Diese bestimmten Signalkombinationen sind in einem Bereich gegeben, indem das 90°-Signal S₂' den binären Wert 0 hat, und der codierte Zwischenwert kleiner ist, als die Hälfte der Anzahl der möglichen Zwischenwerte.

Nach dem Einschalten der Meßeinrichtung erscheint z. B. bei einem '/,„μπι-Zähler Z der Codewert ander Anzeigestelle für /₁₀μηι und μπι. Der Zähler Z wird beim Einschalten gelöscht. Durch Betätigen einer nicht gezeigten Löschtaste kann der Zähler Z auf Null gestellt und der an dieser Stelle anstehende Codewert einschließlich der evtl. + 1-Addition in einem integrierten Speicher abgespeichert und anschließend von der Anzeige subtrahiert werden, so daß in der Anzeige Null erscheint. Wird z. B. die Löschtaste an einer Stelle Codewert = 60 betätigt, so wird in den Codewertspeicher 60 eingespeichert und in der Anzeige erscheint 000 000 00. Eine Bewegung um V₁₀ μπι auf Codewert 61 führt zur Anzeige 00000001 (Ergebnis aus anstehendem Codewert plus Zähler minus gespeichertem Code wert).

Code wert:
Zähler:

gesp. Codewert:
Anzeige:

Beispiel

61
+ 000 000

000 000 61

- 60

000 000 01

Bei weiterer Bewegung auf Codewert 99 erscheint dementsprechend in der Anzeige 000 000 39.

Eine erneute Bewegung um V₁₀ μπι in gleicher Richtung führt zum Codewert 00 und damit an den

Anfang des Bereiches, in dem die +1-Additionsbedingung gegeben ist. In diesem Bereich wird zum Zählerstand 1 addiert. Damit ergibt sich nun folgender Zustand:

Codewert: Zähler: Add.-Wert:	+ 000 000 + 1	00
gesp. Code wert:	000 001	00 60
Anzeige:	000 000	40

Diese Addition von + 1 zum Zählerstand bleibt bei weiterer Bewegung in gleicher Richtung bis zum Wechsel des 90"-Signals S ' nach binär 1 erhalten. Dieser Wechsel führt gemäß der Einfachauswertung zu einem Vorwärts-Zählimpuls, so daß in der Anzeige das Aufheben der Addition von + 1 nicht 'erscheint (kontinuierliche Anzeige).

Beispiel

Vor dem Wech- nach dem
sei des 90°- Wechsel des
Signals 90 "-Signals

Code wert: Zähler: Add.-Wert:	+ 000	000 1	30	+ 000	001 0	31
gesp. Codewert:	000	001	30 60	000	001	31 60
	000	000	70	000	000	71

In analoger Weise lassen sich auch sogenannte Setzwerte verarbeiten, wie das bei herkömmlichen Zählern üblich ist. Der in einem Speicher auf bekannte Weise eingelesene Setzwert wird laufend auf das aus der Zuordnung von Codewert und Zählerstand entstehende Meßergebnis addiert.

Die Erfindung ist auch nicht auf lichtelektrische Meßeinrichtungen beschränkt, sondern läßt sich ebenso vorteilhaft auch in Verbindung mit induktiven, magnetischen, kapazitiven Meßeinrichtungen einsetzen.

Ebenfalls läßt sich die Erfindung auch vorteilhaft bei numerisch gesteuerten Maschinen anwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nicht darauf beschränkt, daß die Analogsignale etwa sinusförmig sind, sondern es ist auch z. B. bei dreieckförmigen Signalen anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Digitale elektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung zur Bestimmung der Relativlage zweier zueinander verschieblicher Objekte, mit Abtastmitteln zum Erzeugen von Meßsignalen, einer Baueinheit zum Erzeugen von Zwischenwerten und einer elektronischen Auswerte-Anzeigebaueinheit, an der die Meßwerte in Ziffernform ablesbar sind, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Auswertebaueinheit (Z) für die vollen Intervalle, die Baueinheit (C) für die Zwischenwerte und die Anzeigebaueinheit (A) für die Meßwerte sind an einen Rechner (R) angeschlossen;

b) der Rechner (R) ordnet die von der Baueinheit (C) erzeugten Zwischenwerte jeweils den vollen Intervallen zu;

c) die Anzeigebaueinheit (A) für die Meßwerte wird vom Rechner (R) angesteuert.

2. Digitale elektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung zur Bestimmung der Relativlage zweier zueinander verschieblicher Objekte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Meßeinrichtung (M, AK) liefert mindestens zwei phasenverschobene Meßsignale (5p S₂), die zum einen an eine Unterteilungsschaltung (C), zum anderen über Triggerstufen (T₁, T₂) an einen Vor-Rückwärts-Zähler (Z) angeschlossen sind;

b) die Zuordnung der in der Unterteilungsstufe (C) codierten Zwischenwerte zum Zählerstand erfolgt in einem Rechner (R), an dessen Ausgänge eine Anzeigebaueinheit (A) angeschlossen ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eindeutige Zuordnung der codierten Zwischenwerte an den gezählten Wert durch eine Addition von + 1 geschieht, die bei bestimmten Signalkombinationen der zum Zählen verwendeten Rechtecksignale (S₁', S₂ ¹) und der codierten Zwischenwerte vorgenommen wird.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Signalkombinationen in dem Bereich gegeben sind, in dem das 90°-Signal (S₂') den binären Wert 0 hat, und der codierte Zwischenwert kleiner ist, als die Hälfte der Anzahl der möglichen Zwischenwerte.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (R) ein Mikrocomputer ist.