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Schaltungsanordnung
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zum elektronischen Koppeln zweier Inkrementalgeber Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zum elektronischen Koppeln mindestens zweier Inkrementalgeber
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In der Technik stellt sich des öfteren die Aufgabe, die exakte Position
eines bewegten Punktes gegenüber einem Festpunkt anzugeben, wobei der bewegte Punkt
sich auf einem Gegenstand befindet, der auf einem zweiten Gegenstand beweglich angebracht
ist, der gegenüber dem Festpunkt eine Längsbewegung ausführen kann. Ein Beispiel
dafür ist eine Drehbank die zwei Supporte in Richtung der Z-Achse besitzt. Der erste
Support ist der große Support, auf dem sich der gesamte Quersupport befindet.
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Der zweite Support wird als Zustellsupport bezeichnet und ist auf
dem Quersupport angebracht. Bisher wurden für solche Maschinen zwei Glasmaßstäbe
und zwei Digitalanzeigen benutzt.
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Der Bedienungsmann mußte während seiner Arbeit die Achsenwerte auf
den Digitalanzeigen addieren oder subtrahieren, um sein effektives Maß zu erhalten.
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Ähnliches gilt bei Bohr- und Fräswerken, die eine bewegliche Tischachse
und eine Pinole besitzen. Auch hier wurden für die
Abstandsangabe
zwei Glasmaßstäbe und zwei Digitalanzeigen benutzt.
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Wünschenswert wäre die Angabe eines einzigen Maßwertes unter gleichzeitiger
Angabe des Vorzeichens einer Bewegungsrichtung.
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Dies scheiterte.jedoch bisher daran, daß sich die beiden die Werte
darstellenden Impulsfolgen nicht ohne weiteres addieren lassen, wobei noch die mögliche
unterschiedliche Bewegungsrichtung zu beachten ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine. Schaltungsanordnung zur
elektronischen Kopplung.von Inkrementalgebern zu schaffen, bei der eine einzige
Anzeige des Maßwertes samt Vorzeichen für die Gesamtbewegung mindestens zweier zueinander
und bezüglich eines Festpunkts beweglicher Gegenstände ermöglicht wird.
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Gemäß der Erfindung wird dies durch eine Schaltungsanordnung gemäß
den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 erreicht.
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Dadurch, daß die von den Inkrementalgebern erzeugten Impulsfolgen
abwechselnd durch den Taktgenerator getaktet werden, kann keine Überlappung der
Impulse vorkommen, so daß eine Falschzählung vermieden wird. Die weitere vorteilhafte
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß den Unteransprüchen
läßt auch eine additive/subtraktive Koppelung zu.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild
der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein Impulsdiagramm,
das die Arbeitweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 veranschaulicht,
Fig.
3 ein Schaltbild des bei der Schaltungsanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendeten
Impulsumformers und Fig. 4 ein Schaltbild des bei der Schaltungsanordnung gemäß
dem Ausführungsbeispiel verwendeten Impulsrückformers.
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Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei
nicht gezeigte Inkrementalgeber I, II verwendet, die beispielsweise mit dem großen
Support bzw. dem Zustellsupport einer Drehbank verbunden sind. -Abhängig von dem
Ausmaß der Bewegung des einzelnen Supports erzeugt der jeweilige Inkrementalgeber
I bzw. II Impulsfolgen, wobei jeder Impuls einer bestimmten Wegeinheit-entspricht,
beispielsweise kann einer Strecke von 0,01 mm jeweils ein Impuls zugeordnet sein.
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Prinzipiell wäre es möglich, mit einer Impulsfolge pro Inkrementalgeber
auszukommen, wenn das Vorzeichen der Bewegungsrichtung eigens festgestellt und bei
der Koppelung berücksichtigt wird.
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Beim Ausführungsbeispiel erzeugt jedoch jeder Inkrementalgeber I,
II zwei zueinander phasenversetzte Impulsfolgen, wobei die Phasendifferenz vorzugsweise
900 beträgt. Die Bewegungsrichtung bestimmt sich aus dem Vor- bzw. Nacheilen der
beiden Impulsfolgen.
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Die Impulsfolgen der beiden Inkrementalgeber I, II werden je einem
Impulsumformer 14 bzw. 16 zugeführt. Diese Impulsumformer stellen die Bewegungsrichtung
fest und geben an dem einen bzw. anderen ihrer beiden Ausgänge 18, 20 bzw. 22, 24
je nach Bewegungsrichtung eine Impulsfolge ab.
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Von Bedeutung ist dabei, daß eine Überlappung der Ausgangsimpulsfolge
der beiden Impulsumformer vermieden werden muß. Deshalb ist ein Taktgeber 26 vorgesehen,
der die beiden Impulsumformer 14 bzw. 16 abwechselnd taktet. Da die Frequenz der
Impulsfolgen abhängig ist von der Bewegungsgeschwindigkeit der beiden Supporte,
muß die Frequenz des Taktgebers 26 derart gewählt werden, daß sie höher als die
Frequenz bei der größtmöglichen Bewegungsgeschwindigkeit ist. Beim Ausführungsbeispiel
kann diese Frequenz bei 1 MHz liegen.
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Die Impulsumformer 14, 16 stellen die Bewegungsrichtung des zugeordneten
Supports anhand der Phasenlage der 0°-Impulsfolge zur 900-Impulsfolge fest. Bei
positiver Verfahrrichtung, also wenn der Abstand des Supports gegenüber dem Festpunkt
größer wird, gibt der Ausgang 18 des Impulsumformers 14 bzw. der Ausgang 22 des
Impulsumformers 16 AUF-Impulse ab. Ist die Verfahrrichtung negativ, dann erscheint
die Impulsfolge am Ausgang 20 bzw. 24.
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Fig. 2 zeigt in einem Impulsdiagramm die zeitlichen Zusammenhänge
für einen Inkrementalgeber. In der Zeile (a) ist die Impulsfolge des 00-Geberkanals,
in der Zeile (b) die des 90°-Geberkanals dargestellt, und zwar links für positive
Verfahrrichtung und rechts für negative Verfahrrichtung.
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Nach der Taktung durch den Taktgenerator 26 ergibt sich bei positiver
Verfahrrichtung die Impulsfolge in Zeile (c) in Form von AUF-Impulsen am Ausgang
18 bzw. 22 der Impulsumformer, bei negativer Verfahrrichtung tritt die Impulsfolge,
wie in Zeile (d) gezeigt, als AB-Impulse am Ausgang 20 bzw. 24 der Impulsumformer
14, 16 auf, während an den jeweils anderen Ausgängen keine Impulse erscheinen.
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In der Summiervorrichtung werden die Impuls folgen an den Ausgängen
18, 22 bzw. 20 r 24 zusammengeführt. Beim Ausführungsbeispiel besteht die Summiervorrichtung
aus zwei ODER-Gliedern 10, 12. Die beiden Eingänge des ODER-Gliedes 10 sind mit
den Ausgängen 18, 22 für die AUF-Impulse, die Eingänge des ODER-Gliedes 12 mit den
Ausgängen 20, 24 für die AB-Impulse verbunden. Da die Impulsumformer 14, 16 abwechselnd
getaktet werden, kann keine Überlappung der Impulsfolgen auftreten, so daß am Ausgang
28 des ODER-Gliedes 10 jeweils die Summe der AUF-Impulse und am Ausgang 30 des ODER-Gliedes
12 die Summe der AB-Impulse abgegeben wird. Hierbei gibt es vier mögliche Kombinationen.
Werden die beiden Supporte in der gleichen Richtung entweder in positiver oder in
negativer Verfahrrichtung bewegt, dann wird von nur einem der beiden ODER-Glieder
10, 12 eine Summenimpulsfolge abgegeben. Findet jedoch eine Bewegung in unterschiedlicher
Verfahrrichtung statt, dann erscheinen an den Ausgängen beider ODER-Glieder Impulsfolgen,
die dann gerade der Bewegung des einen bzw. anderen Inkrementalgebers entsprechen.
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ist Obwohl im Prinzip die Möglichkeit gegeben, die Impulsfolgen gegebenenfalls
unter nochmaliger Versetzung zueinander durch eine abwechselnde Taktung auf einen
Auf/Ab-Zähler zu geben, an den die Digitalanzeige zur Anzeige des Summenabstandswertes
verbunden ist, wird bei dem Ausführungsbeispiel ein Impulsrückformer 32 verwendet,
dem die AUF-Impulsfolge und die AB-Impulsfolge zugeführt werden, und in dem eine
Rückwandlung in zwei zueinander versetzte Impulsfolgen, nämlich die 00-Impulsfolge
und die 900-Impulsfolge, ähnlich denjenigen gemäß Fig. 2a und b.
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Dies ermöglicht die Verwendung üblicher Digitalanzeigen, wie sie bereits
für die Einzelbewegungen der Supporte verwendet wurden.
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Auf der Digitalanzeige erscheint der jeweilige absolute Abstand von
einem gewählten Festpunkt, sowie eine Anzeige des
Vorzeichens,
so daß im Vierquadrantenbetrieb gearbeitet werden kann.
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Obwohl beim Ausführungsbeispiel lediglich die algebraische Summierung
einer Koordinatenrichtung beschrieben wurde, ist es selbstverständlich möglich,
die gleiche Anordnung für eine zweite und gegebenenfalls dritte Koordinatenrichtung
vorzusehen. Es sind dann zwei bzw. drei Digitalanzeigen vorhanden, die dann die
jeweiligen Koordinatenwerte angeben.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten für eine beispielsweise Ausführung
der Impulsformer 14, 16 bzw. des Impulsrückformers 32.
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Gemäß Fig. 3 verwendet ein Impulsformer 14 bzw. 16 des Ausführungsbeispiels
vier bistabile Kippschaltungen 34, 36, 38, 40 sowie eine Verknüpfungsschaltung 42.
Die beiden bistabilen Kippschaltungen 34 und 36 dienen zur Aufnahme und Weitergabe
der Impulse von dem 0°- bzw. 900-Geberkanal, während die anderen beiden bistabilen
Kippschaltungen 38 und 40 das Vorzeichen der Verfahrrichtung feststellen. An die
Setzeingänge der bistabilen Kippschaltungen 34 und 36 werden die 0°- bzw. 90°-Impulsfolgen
angelegt, während die Setzeingänge der bistabilen Kippschaltungen 38 und 40 mit
dem hohen Ausgang der bistabilen Kippschaltungen 34 und 36 in Verbindung stehen.
Die Rückstelleingänge der bistabilen Kippschaltungen 34 bis 40 erhalten den Takt
T vom Taktgeber 26, der auch der Verknüpfungsschaltung zugeführt wird. Die Ausgänge
der bistabilen Kippschaltungen 34 bis 40 sind an die Verknüpfungsschaltung 42 geführt,
die zwei Ausgänge besitzt, welche den Ausgängen 18 und 20 des Impulsumformers 14
bzw. 22 und 24 des Impulsumformers 16 entsprechen.
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Der Impulsrückformer 32 gemäß Fig. 4 verwendet eine bistabile Kippschaltung
44 zur Feststellung, ob eine positive oder negative Verfahrrichtung vorliegt. Hierzu
sind die beiden Eingänge mit den Ausgängen 28 bzw. 30 der ODER-Glieder 10 bzw. 12
verbunden. Diese Ausgänge liegen auch an den Eingängen eines UND-Gliedes 60, an
dem die AUF- und AB-Impulse zusammengefaßt werden und dessen Ausgangssignal zur
Triggerung zweier bistabiler J-K-Kippschaltungen 46, 48 verwendet wird. Es sind
ferner vier ausschließlich ODER-Glieder 52, 54, 56, 58 vorgesehen, deren einer Eingang
mit dem Ausgang der bistabilen Kippschaltung 44 verbunden ist. Die Ausgänge der
ausschließlich ODER-Glieder 56 und 58 liegen an dem J- bzw. K-Eingang der bistabilen
Kippschaltung 48, die Ausgänge der ausschließlich ODER-Glieder 52 und 54 an dem
J- bzw. K-Eingang der bistabilen Kippschaltung 46.
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Der andere Eingang des ausschließlich ODER-Gliedes 52 ist mit dem
hohen Ausgang der bistabilen Kippschaltung 48, derjenige des ausschließlich ODER-Gliedes
54 mit dem niedrigen Ausgang dieser Kippschaltung, der andere Eingang des ausschließlich
ODER-Gliedes 56 mit dem hohen Ausgang und derjenige des ausschließlich ODER-Gliedes
58 mit dem niedrigen Ausgang der bistabilen Kippschaltung 46 verbunden. Die 00-Ausgangsimpulsfolge
wird vom niedrigen Ausgang der bistabilen Kippschaltung 48, die 90°-Ausgangsimpulsfolge
vom hohen Eingang der bistabilen Kippschaltung 46 abgenommen.
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Die in den Fig. 3 bzw. 4 gezeigten Schaltungseinheiten stellen lediglich
Beispiele für die Realisierung der Impulsumformung bzw. Impulsrückformung dar, die
durch andere Einheiten mit der gleichen Funktion ersetzt werden könnten. Die gesamte
Elektronik läßt sich in Form einer TTL-Schaltung in integrierter Form aufbauen und
kann entweder in einem eigenen Gehäuse, als geräteunabhängig, oder aber in dem Anzeigegehäuse
untergebracht werden. Bei Verwendung von opto-elektronischen Kopplern an den Eingängen
und Ausgängen der Schaltung kann diese mit einer beliebigen Spannung betrieben werden,
obwohl beim Ausführungsbeispiel eine Spannung von 5 Volt zum Einsatz kommt.
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Wie bereits erwähnt, wird die Frequenz des Taktgebers 26 wesentlich
höher, und zwar um ein Mehrfaches höher als diejenige Frequenz gewählt, die bei
maximaler Bewegungsgeschwindigkeit der Supporte auftreten kann.
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