-
Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Signalen für die
-
Wegmessung oder Positionsbestimmung mit einem Impulsgeber Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Signalen für die Wegmessung
oder Positionsbestimmung mit einem Impulsgeber, der bei Bewegung eines Rastermaßstabs
zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen gleicher Frequenz erzeugt, die
von dem Rastermaßstab überlagerten Störbewegungen beeinflußbar sind.
-
Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DT-AS 18 14 745).
-
Mit dieser Anordnung lassen sich trotz kurzzeitiger Störbewegungen
des Rastermaßstabs entgegen der vorgesehenen Bewegung richtung Meßfehler vermeiden.
Die bekannte Anordnung enthält mindestens zwei in Reihe angeordnete Torstufen, zwischen
denen monostabile Multivibratorstufen angeordnet sind, deren Speicherzeiten größer
als die Reversierzeit des für die Aufsummierung der Wegimpulse bestimmten Zählers
ist. Die monostabilen Multivibratorstufen steuern die zweiten Eingänge der Torstufen
und sperren sich gegenseitig. Die Ansprechzeiten der Torstufen sind aufeinander
und auf die Impulsdauer der auf die Störbewegungen zurückgehenden Störimpulse abgestimmt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunae, eine Schaltungsanordnung
der eingangs beschriebenen Gattung derart çeiterzuentwickeln, daß der Einfluß von
Störsignalen, die von einer weniger als der Hälfte der Teilung des Rastermaßstabs
einnehmenden Störbewegung verursacht werden, mit möglichst einfachen Mitteln beseitigt
wird. Insbesondere sollen solche Störungen verhindert werden, die auf Pendelungen
der Maschine im Bereich der Übergänge zwischen verschiedenen Signalpegeln beruhen.
Besonders im Stillstand der Maschine können bei eingeschalteter Steuerung kleinste
Bewegungen zahlreiche störende Zählsignale erzeugen, wenn sie Flankenwechsel der
Ausgangssignale des Impulsgebers hervorrufen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Impulslängen
und
die Impulspausen der Impulsfolgen gleich oder in etwa gleich groß sind und daß aus
den Impulsfolgen in fEXKLUSIV-Oder-Verkniipfung zeitverzögert eine Taktimpulsfolge
ableitbar ist, die Takteingängen zweier, an ihren Eingängen von je einer der Impulsfolgen
beaufschlagten Flipflops zuführbar ist, deren Ausgangssignale nach einer EXKLUSIV-Oder-Verknüpfung
für eine digitale Weg- oder Positionserfassung verfügbar sind.
-
Bei Drehrichtungsumkehr bleiben die Flankenrichtungen des Ausgangssignals
an der EXKLUSIV-Oder-Verknüpfung fest der Winkelposition zugeordnet. Die Anordnung
eignet sich daher fiir den Betrieb des Rastermaßstabs in beiden Zählrichtungen,
ohne daß eine Einstellung auf die jeweilige Zählrichtung notwendig ist. Deshalb
kann der Rastermaßstab, bei dem es sich z.B. um eine Scheibe handelt, entweder auf
dem einen oder anderen Ende einer Maschinenwelle angebracht werden. Die Anordnung
erzeugt nur eine Art von Zählsignalen. Daher wird kein Vor-, Rückwärtszähler sondern
nur ein für eine Zählrichtung bestimmter Zähler benötigt. Es sind auch keine, den
Aufwand erhöhenden Anpassungen von Schaltungsteilen an die Reversierzeit eines Zählers
erforderlich.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Ausgang
eines den Flipflops nachgeschalteten EXKLUSIV-Oderglieds mit zwei monostabilen Kippstufen
verbunden ist, die je auf eine ansteigende oder abfallende Signal flanke ansprechen
und Impulse für die Zählung abgeben. Diese Impulse können auf
verschiedene
Weise fiir die Feststellung der Position des Rastermaßstabs ausgetlutzt werden.
-
Vorzugsweise sind die von den monostabilen Kippstufen erzeigten Impulse
in ODER-Verkniipfun dem Zähleingang eines Zählers zuführbar. Dadurch läßt sich eine
Impulsvervierfachung erreichen, d.h. pro Strichteilung des Rastermaßstabs entstehen
vier Impulse. Auf diese Weise wird ein höheres Auflösungsvermögen erzielt.
-
Hei einer zweckmäßigen Ausfiihrungsform sind die Impulse der einen
monostabilen Kippstufe dem Zähleingang eines Zählers zufijhrbar und die Impulse
der anderen monostabilen Kippstufe als Abfragesignale fiir den Zähler verwendet
. Der Zähler wird also immer erst nach einer bestimmten Zeitverzögerung abgefragt,
innerhalb der etwaige Einschwing und Ubergangsvorgänge abgeklungen sind. Störungen
durch Signalschwankungen während der Übergänge werden dadurch vermieden. Pro Strichteilung
des Rastermaßstabs ergibt sich eine Impulsverdopplung.
-
Die Erfindung wird im folgenden an iland eines in einer Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale
und Vorteile ergeben.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung ziir Erzeugung von
z Signalen für die Wegmessung oder Positionsbestimmung,
Fig. 2a
ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Signalen an verschiedenen Stellen der in
Fig. 1 dargestellten Anordnung, Fig. 2b ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von
Signalen an verschiedenen Stellen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bei umgekehrter
Bewegungsrichtung.
-
Ein nicht näher dargestellter Rastermaßstab, beispielsweise in Form
einer Scheibe, die mit der Welle einer Maschine verbunden ist, enthält Abtastelemente,
die einen Impulsgeber 1 bilden, der zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen
A,B erzeugt, die an Ausgängen 2,3 verfügbar sind. Beide Impulsfolgen A,B bestehen
aus Rechteckimpulsen, die z.B. aus den Signalen der Abtastelemente durch Impulsformung
abgeleitet sind. Die Impulsfolgen A,B haben gegeneinander eine Phasenverschiebung
von ca. einer Viertel der Impulsperiode. Die Impulsdauern und Impulspausen sind
bei beiden Impulsfolgen A,B in etwa gleich Lang. Es ist zulässig, von der Idealteilung
der Rasterteilung abzuweichen. Bei der Idealteilung entsteht eine Phasenverschiebung
zwischen den Impulsfolgen von einem Viertel der Impulsperiode, während die Impulsdauer-
zu Impulspausenverhältnis 1:1 beträgt. Die Teilung bzw. die nachfolgende Verarbeitung
der von der Strichteilung hervorgerufenen Impulse muß aber so eingerichtet sein,
daß sich die Impulsflanken in den beiden Kanälen immer abwechseln.
-
Die Impulsfolgen A,B werden je einem Eingang eines EXKLUSIV-Oder-Glieds
4 zugeführt, an das eine Verzögerungsschaltung 5
steht mit den
Takteingängen zweier D-Flipflops 6,7 in Verbindung. Das D-Flipflop 6 wird mit positiven
Flanken der Signale der Verzögerungsschaltung getaktet. Im Gegensatz dazu spricht
das D-Flipflop 7 auf negative Flanken an. Der D-Eingang des Flipflop 6 wird von
den Signalen der Impulsfolge A beaufschlagt. Dem D-Eingang des Flipflop 7 werden
die Signale der Impulsfolge B zugeführt. Die Ausgänge der D-Flipflops 6,7 speisen
jeweils einen Eingang eines weiteren EXKLUSIV-Oder-Glieds 8, an dessen Ausgang 9
eine Zählimpulsfolge C verfügbar ist.
-
Die Verzögerungsschaltung 5 braucht nur eine kleine Verzögerung hervorzurufen.
Eine Verzögerung des am Ausgang der Schaltung 5 anstehenden Taktsignals T ist notwendig,
um die Signale der Impulsfolgen A,B erst dann in die Flipflops 6,7 einzugeben, wenn
die Pegel sich nach den Flankenübergängen stabilisiert haben. Häufig reicht hierfür
die von den aktiven und passiven Bauelementen des EXELUSIV-Oder-Glieds 3 erzeugte
Signalverzögerung bereits aus, so daß auf eine eigene Verzögerungsschaltung 5 verzichtet
werden kann. Das Taktsignal T hat immer dann einen hohen Pegel, der z.B. einer binären
"1" zugeordnet sein kann, wenn die Signale der Impulsfolgen A,B unterschiedliche
Pegel aufweisen, denen verschiedene binäre Werte entsprechen.
-
Mit der ansteigenden Impulsflanke des TaR*signals T wird der jeweils
am D-Eingang anstehende binäre Wert der Impulsfolge A in das Flipflop 6 iibernommen.
Die Übernahme des am Eingang des Flipflop 7 anstehenden wirts er 5ignalfolge a erfolgt
mit der negativen @@@@@@ @@@ faktsignals T.
-
An den Ausgängen der Flipflops 6,7 treten zwei Impulsfolgen D,E auf,
die durch das EXKLUSIV-Oder-Glied 8 verknüpft werden und das Ausgangssignal C ergeben.
Das Signal C kann zur Erzeugung von kurzen Zählimpulsen Cl und C2 ausgenutzt werden,
indem zwei monostabile Kippstufen 10,11 mit dem Anschluß 9 verbunden werden, die
jeweils auf die ansteigende oder abfallende Flanke des Signals C ansprechen. Diese
Zählimpulse Cl und C2 können über ein ODER-Glied einem nicht dargestellten Zähler
zugeführt werden, der nur für eine Zählrichtung ausgelegt ist.
-
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Zeitdiagramm von Signalen der in Fig.
i gezeigten Schaltung sind in Abszissenrichtung die Zeit bzw. der Weg des Rastermaßstabs
und in Ordinatenrichtung jeweils für jedes Signal die den binären Werten "O" und
"1" entsprechenden Pegel eingetragen. Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß das Signal
B gegenüber dem Signal A eine Phasenverschiebung von einer viertel Periode hat.
Es sei angenommen, daß zum Zeitpunkt t1 infolge einer der Bewegung des Rastermaßstabs
überlagerten Schwingung die Signale der Impulsfolgen A und B beeinflußt werden.
Zum Zeitpunkt t1 kehrt der Rastermaßstab seine Bewegungsrichtung um. Die Bewegungsrichtung
des Rastermaßstabs ist unterhalb der Abszisse durch Pfeile 13 und 14 dargestellt.
-
Die Größe der Bewegung in umgekehrter Richtung soll 1/4 der Teilung
des Rastermaßstabs betragen. Zum Zeitpunkt t2 findet daher eine erneute Umkehr der
Belfegungsrichtung statt, wobei sich der Rastermaßstab wieder in der ursprünglichen
Richtung fortbewegt.
-
Zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 ändert die Signalfolge
A einmal ihren binären Wert von "O" auf "1", wahrend die Signalfolge B den zum Zeitpunkt
t1 vorhandenen hohen Pegel beibehält, der einer binären "1" entspricht. Die Flanke
der Signalfolge A bewirkt eine negativ verlaufende Flanke des Taktsignals T, die
jedoch keine Änderung des Inhalts des Flipflops 7 herbeiführt, da das Eingangssignal
ebenso wie das gespeicherte Signal beim Flankenwechsel des Taktsignals T einen binären
"1" Wert aufweisen. Deshalb bleibt der hohe Pegel am Ausgang des Flipflop 7 erhalten.
Zwischen den Zeitpunkten t und t2 herrschen an den Ausgängen des Flipflops 6 und
7 unterschiedliche binäre Werte, d.h. das EXKLUSIV-Oder-Glied 8 gibt eine binäre
"1" am Ausgang ab. Da das Signal C zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 keinen Pegelwechsel
durchläuft, werden von den monostabilen Kippstufen 10 und 11 keine Zählimpulse Cl
bzw. C2 erzeugt.
-
Zum Zeitpunkt t3 erreicht der Rastermaßstab diejenige Position, die
dieser zum Zeitpunkt ti bereits eingenommen hatte. Zwischen den Zeitpunkten t2 und
t3 weist die Signalfolge A eine negativ verlaufende Flanke auf, während die Signalfolge
B ihren Pegel beibehält. Die negativ verlaufende Flanke der Signalfolge A ruft eine
positiv verlaufende Flanke des Taktsignals T hervor1 die eine Eingabe des am Ausgang
2 anstehenden Signals in das Flipflop 6 bewirkt. Das Flipflop 6 hat zum Zeitpunkt
der Taktung den gleichen Signalpegel gespeichert, der am Eingang ansteht.
-
Das Signal D ändert seinen Pegel bzw. seinen binären Wert deshalb
nicht. Auch das Signal E ändert seinen binären Wert zwischen.
-
den Zeitpunkten t2 und t3 nicht. Es findet demnach auch kein Flankenwechsel
des Signals C statt, so daß kein Zählimpuls C1 oder C2 entsteht.
-
Zum Zeitpunkt t weist die Signalfolge B eine negativ verlaufende Flanke
auf, die eine negativ verlaufende Flanke des Taktsignals T erzeugt. Dadurch ergibt
sich eine negativ verlaufende Flanke des Signals E, die zu einem Pegelwechsel des
Signals C führt.
-
Es entsteht daher ein Zählimpuls C2. Wenn keine Störbewegung eine
Richtungsumkehr des Rastermaßstabs hervorgerufen hätte, wäre dieser Zählimpuls C2
um ein Achtel der Impulsperiode nach dem Zeitpunkt tl entstanden. Infolge der Störbewegung
tritt der Zählimpuls C2 ein Achtel nach dem Zeitpunkt t3 auf. Die Anzahl der Zählimpulse
wird somit trotz der Störbewegung nicht verändert, d.h. die Störbewegung bewirkt
keinen Meßfehler.
-
Der Fig. 2b ist ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Signale nach
Umkehr der Bewegung des Rastermaßstabs dargestellt. Die Umkehr ist durch ein der
Signalbezeichnung beigefügtes U gekennzeichnet. Bei umgekehrter Richtung eilt die
Signalfolge BU der Signalfolge AU voraus. Das von den Signalfolgen AU und BU abgeleitete
Taktsignal TU stimmt bezüglich der Phasenlage und den Signalpegeln mit der Signalfolge
T überein. Aufgrund der Phasenverschiebung zwischen den Signalfolgen BU und AU verschieben
sich die Flanken um eine Viertel Periode. Deshalb nimmt das Signal CU eine um 1800
verschiedene Phasenlage im Vergleich zum Signal C an. Auf diese Weise ergibt sich,
daß die Zählimpulse ClU ebenso wie die Zählimpulse Cl an den Signalflanken
der
Signalfolge AU bzw. A auftreten. Dies trifft in entsprechender Weise auf die Zählimpulse
C2U und C2 zu.
-
Die Zuordnung der Flanken der Signale C bzw. CU zu der Teilung des
Rastermaßstabs ist also gleich d.h. die Zählimpulse sind unabhängig von der Bewegungsrichtung
den gleichen Flanken zugeordnet. Der Rastermaßstab arbeitet also in zwei zueinander
entgegengesetzten Bewegungsrichtungen einwandfrei, ohne daß eine Anpassung an die
Bewegungsrichtung notwendig ist. Dies ist vorteilhaft für die Montage, da Einstellarbeiten
entfallen.
-
Die Zählimpulse Cl, C2 bzw. C1U, C2U können in ODER-Verknüpfung einem
Zähler 15 zugeführt werden. Pro Teilung des Rastermaßstabs stehen demnach 4 Zählimpulse
zur Verfügung. Es ist auch möglich nur die Impulse C1 bzw. CIU dem Zähleingang eines
Zählers zuzuführen und die Impulse C2 bzw. C2U für die Abfrage des Zählers zu verwenden.
Durch die zeitliche Verschiebung zwischen beiden Impulsfolgen liegt beim Auftreten
der Impulse C2 bzw. C2U bereits ein stationärer Zählwert vor. Durch Einschwingvorgänge
des Zählers hervorgerufene Signaländerungen an den Ausgängen können daher das Zählergebnis
bei der Weiterverarbeitung nicht beeinflussen.
-
Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung wird zweckmäßigerweise
bei Registerregelungen eingesetzt, wenn die Erfassung der Drehstellung der Maschinenwelle
mit einer rotierenden Scheibe erfolgt, auf der ein Rastermaßstab mit z.B. 500 Teilungen
in jeder Spur pro Umdrehung angebracht ist. Es hat
sich gezeigt,
daß die bei Druckmaschinen auf die Scheibe übertragenen Störbewegungen klein sind
und die Hälfte der üblichen Teilung von Rastermaßstäben nicht überschreiten.
-
Leerseite