DE3434952A1 - Circuit arrangement for monitoring an incremental measurement value pick up - Google Patents

Abstract

To monitor incremental measurement value pick ups which supply phase-shifted output signals for detecting direction, these output signals are supplied to several switching stages (comparators). The position of the alternating voltage amplitudes supplied to the individual switching stages, and the switch-over levels, are selected in such a manner that at least one of the switching stages is switched over at any time, but when an amplitude is too small or is missing, a switching gap is produced which triggers a fault signal.

Description

Schaltungsanordnung zur Überwachung eines inkrementalenCircuit arrangement for monitoring an incremental

Meßwertaufnehmers Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Neben einer Überwachung auf Drahtbruch und/oder Kurzschluß ist es bekannt, die aus den Ausgangssignalen des Meßwertaufnehmers erzeugten Impuls folgen zu überwachen. So wird gemäß der europäischen Patentanmeldung 811 00606.3 jeweils beim Eintreffen des Referenzimpulses über einen Zählerstandsvergleich ermittelt, inwieweit die bis dahin abgegebene Impulszahl korrekt ist. Eine derartige Überwachung ist jedoch nicht nur sehr aufwendig, sie hat auch den Nachteil, daß bei fehlenden Referenzimpulsen keine Überwachung erfolgt.In addition to monitoring for wire breaks and / or short circuits, it is known that follow the pulse generated from the output signals of the transducer to monitor. Thus, according to the European patent application 811 00606.3, respectively when the reference pulse arrives, determined via a counter reading comparison, the extent to which the number of impulses delivered up to that point is correct. Such surveillance is not only very expensive, it also has the disadvantage that if the Reference pulses no monitoring takes place.

Um diesen Nachteil zu beheben, wird dort vorgeschlagen eine zusätzliche Überwachung der Referenzimpulse über Zeitglieder vorzusehen, wobei ein Fehlersignal abgegeben wird, wenn während eines festgelegten Zeitabschnittes kein Referenzimpuls abgegeben wird. Eine korrekte Referenzimpulsüberwachung dieser Art ist jedoch nur dann möglich, wenn diese Zeitabschnitte konstant bleiben, das heißt mit stets gleicher Geschwindigkeit gefahren wird. Weiterhin ist eine Überwachung bei sich nicht ändernden Ausgangssignalen z.B.In order to remedy this disadvantage, an additional one is proposed there Provide monitoring of the reference pulses via timing elements, with an error signal is issued if during a specified period of time no Reference pulse is emitted. Correct reference pulse monitoring of this kind however, it is only possible if these time segments remain constant, that is to say is always driven at the same speed. There is also monitoring in the case of non-changing output signals e.g.

sofort nach dem Einschalten der Anlage nicht möglich, so daß noch weitere Maßnahmen bzw. Überwachungen erforderlich werden, um zumindest die Fehler zu erkennen, die eine besondere Gefährdung hervorrufen können.Immediately after switching on the system not possible, so that still further measures or monitoring are required to at least eliminate the error to recognize that could cause a particular hazard.

Bei den häufig verwendeten Meßwertaufnehmern mit photoelektrischer Abtastung sollten z.B. ein Lichtquellenfehler, ein Fehler der Abtastelemente (z.B. Photoelemente) , eine Verschmutzung, ein Bruch oder Lösen eines Geberteiles, sowie Fehler und Unterbrechungen im Signalweg erfaßt werden, wobei schon der Ausfall eines einzigen vom Meßwertaufnehmer zu erfassenden Inkrementes von Bedeutung sein kann.In the case of the frequently used transducers with photoelectric Scanning should include, for example, a light source error, an error in the scanning elements (e.g. Photo elements), contamination, breakage or loosening of a sensor part, as well as Errors and interruptions in the signal path are detected, with the failure of one single increment to be recorded by the transducer can be significant.

Es ist Aufgabe der Erfindung mit geringem Aufwand eine derartige Überwachung zu ermöglichen. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen. Hierbei wird nicht wie üblich das über einen Impulsformer veränderte Signal aus dem Meßwertaufnehmer überwacht, sondern das unverformte erforderlichenfalls verstärkte Wechselspannungsausgangssignal des Meßwertaufnehmers.It is the object of the invention to monitor such monitoring with little effort to enable. This problem is solved by a circuit arrangement with the features characterized in the claims. This is not the usual monitored via a pulse shaper changed signal from the transducer, but the undeformed, if necessary, amplified alternating voltage output signal of the Transducer.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, Fig. 2a bis h Signale aus der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 An den Eingängen 1, 2 sowie 3, 4 von Differenzverstärkern 5 und 6 liegt jeweils eins der gegeneinander um ca.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiment explained in more detail. 1 shows a circuit arrangement according to the invention, Fig. 2a to h signals from the circuit arrangement according to FIG. 1 at the inputs 1, 2 and 3, 4 of differential amplifiers 5 and 6 are each one of the opposite around.

90" el in der Phase versetzten Wechselspannungsausgangssignale gemäß Fig. 2a und b des Meßwertaufnehmers.90 "el phase-shifted AC output signals according to FIG 2a and b of the transducer.

Diese Spannungen bzw. Ströme sind in bekannter Weise - z.B. durch jeweils zwei antiparallelgeschaltete Photoelemente für jedes Ausgangssignal, die im Strahlengang jeweils um 1800 el versetzt angeordnet sind - von Gleichspannungsanteilen weitgehend befreit.These voltages or currents are known in a known manner - e.g. by two anti-parallel connected photo elements for each output signal, the are arranged offset by 1800 el in the beam path - of direct voltage components largely exempted.

Sie werden in den Differenzverstärkern 5 und 6, welche in üblicher Weise beschaltet sind, verstärkt und auf Rechteckimpulsformer 7 und 8 gegeben, die gleichfalls in bekannter Weise geschaltet sind. Von dort aus gelangen dann die entsprechenden Meßwertimpulse über Leitungen 9 und 10 auf die eigentlichen Auswertstufen (nicht dargestellt), wo sie z.B. in Istwertsignalstufen mit Richtungserkennung weiterverarbeitet werden.They are in the differential amplifiers 5 and 6, which in more common Way are wired, amplified and given to rectangular pulse shaper 7 and 8, the are also connected in a known manner. From there the appropriate ones arrive Measured value pulses via lines 9 and 10 to the actual evaluation stages (not shown), where it is further processed e.g. in actual value signal stages with direction recognition will.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 5 ist weiterhin über eine Leitung 11 jeweils mit dem invertierenden und dem nicht invertierenden Eingang je eines Komparators 18 bzw. 19 verbunden. In gleicher Weise gelangen die Ausgangssignale des Differenzverstärkers 6 über eine Leitung 12 auf den invertierenden und den nicht invertierenden Eingang zweier weiterer Komparatoren 20und 21. Die Ausgänge aller Komparatoren 18 bis 21 liegen an einem gemeinsamen Arbeitswiderstand 22 und an einem ersten Eingang eines Und-Gatters 23.The output of the differential amplifier 5 is still via a line 11 each with the inverting and the non-inverting input one each Comparator 18 and 19 respectively. The output signals arrive in the same way of the differential amplifier 6 via a line 12 to the inverting and not inverting input of two further comparators 20 and 21. The outputs of all Comparators 18 to 21 are connected to a common working resistor 22 and to one first input of an AND gate 23.

Weiterhin liegen diese Ausgänge am Eingang eines ersten Negators 24 der in Reihe mit einem zweiten Negator 25 geschaltet ist, dessen Ausgang am zweiten Eingang des Und-Gatters 23 liegt. An den Ein-und/oder Ausgängen der Komparatoren können kleine Entstörkondensatoren 26 angeschlossen sein.Furthermore, these outputs are at the input of a first inverter 24 which is connected in series with a second inverter 25, the output of which is at the second entry of the AND gate 23 lies. At the inputs and / or outputs of the comparators small interference suppression capacitors 26 may be connected.

Die Wirkungsweise soll anhand der in der Fig. 2 dargestellten Signale a bis h näher erläutert werden. Die Kurvenformen der Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers sind überlicherweise sinusförmig oder dreieckförmig mit stark verrundeten Ecken. Ihre Frequenz hängt bei Positions-Meßwertaufnehmern von der Geschwindigkeit ab, mit der die Position verändert wird. Die Amplitudenhöhe der Signale gemäß Fig. 2a und b ist weitgehend unabhängig von der Geschwindigkeit, jedoch stark von Alterungen und Verschmutzungen der diese Spannungen erzeugenden Geberteile abhängig. Ist z.B. der Bereich der Teilscheibe eines optischen Meßwertaufnehmers zwischen zwei Inkrementen stark verschmutzt, entsteht an dieser Stelle 30 im Signal eine verringerte Amplitude oder die entsprechende Halbwelle fehlt weitgehend. Da sich dies z.B. bei einem Drehwinkelgeber bei jeder Umdrehung wiederholt, kann ein Fehler in der Auswertung der Signale entstehen, der sich ständig vergrößert, oder es läßt sich in diesem Bereich keine Erkennung der Bewegungsrichtung mehr durchführen.The mode of operation should be based on the signals shown in FIG a to h are explained in more detail. The waveforms of the output signals from the transducer are usually sinusoidal or triangular with strongly rounded corners. In the case of position transducers, their frequency depends on the speed, with which the position is changed. The amplitude level of the signals according to FIG. 2a and b is largely independent of the speed, but is highly dependent on aging and soiling of the encoder parts that generate these voltages. Is e.g. the area of the graduated disk of an optical transducer between two increments heavily soiled, a reduced amplitude occurs at this point 30 in the signal or the corresponding half-wave is largely missing. Since this is the case, for example, with a rotary encoder repeated with each revolution, an error can occur in the evaluation of the signals, which is constantly increasing, or there is no detection in this area the direction of movement do more.

Jeder der Komparatoren 18 bis 21 ist durch eine Referenzspannung 31, 32 die dem jeweils nicht mit Wechselspannungsanteilen beaufschlagten Eingängen zugeführt ist, derart eingestellt, daß jeder Komparator nach Erreichen eines vorgegebenen Pegels 32 bis 35 umschaltet. Hieraus ergibt sich eine Umschaltung gemäß der Kurven in Fig. 2 c bis f, wobei die Referenzspannungen derart gewählt sind, daß eine Überlappung in der Umschaltung erfolgt, die sicherstellt, daß der gemeinsame Ausgang der Komparatoren 18 bis 21 ständig auf niedrigem Potential verbleibt. Erst bei einer Störung bei fehlenden oder zu kleinen Amplituden, z.B. an der Stelle 30, entstehen am gemeinsamen Ausgang gemäß Fig. 2g Signale, die z.B. dadurch bedingt werden, daß der Pegel 35 nur in einem kleinen Bereich überschritten wird und hierbei gemäß Fig. 2f der eine Komparator nur in diesem Bereich umschaltet. Das hierbei entstehende Signal gemäß Fig. 2g kann daher als Fehlersignal dienen, bzw. eine Fehlerstufe setzen.Each of the comparators 18 to 21 is by a reference voltage 31, 32 are fed to the inputs that are not subjected to AC voltage components is set so that each comparator after reaching a predetermined Switches levels 32 to 35. This results in a switchover according to the curves in Fig. 2 c to f, wherein the reference voltages are chosen such that an overlap takes place in the switchover, which ensures that the common one The output of the comparators 18 to 21 remains constantly at low potential. First in the event of a fault with missing or too small amplitudes, e.g. at position 30, signals arise at the common output according to Fig. 2g, e.g. caused by this be that the level 35 is exceeded only in a small area and here according to FIG. 2f which switches a comparator only in this area. This here The resulting signal according to FIG. 2g can therefore serve as an error signal or an error level set.

Um Störimpulse zu beseitigen oder wenn bei hohen Frequenzen bzw. hohen Änderungsgeschwindigkeiten - bedingt durch kapazitive Verluste und/oder der Trägheit der Signalgeber - Signalspannungen entstehen, die keine Überlappung der Komparator-Umschaltung mehr ergeben, oder sogar Lücken entstehen lassen, die zu zeitlich sehr kurzen Impulsen gemäß Fig. 2h führen, sind die Stufen 23, 24 und 25 vorgesehen. Am Ausgang des Und-Gatters 23 wird hier nur dann ein Signal entstehen, wenn gleichzeitig auch die über die Stufen 24 und 25 leicht verzögerten Signale am Eingang des Und-Gatters 23 anliegen. Diese Schaltung wirkt sich bei niedrigen Frequenzen bzw. Geschwindigkeiten nicht negativ aus, da dann die Verzögerung im Verhältnis zu den dann langen Umschaltzeiten der Komparatoren vernachlässigbar gering ist und daher auch das Fehlersignal gemäß Fig. 2g nahezu unverändert über das Und-Gatter 23 gelangt. Je höher die Frequenz bzw. Geschwindigkeit wird, um so wirksamer wird die Verzögerungsschaltung, da dann auch bei lagemäßig größeren Lücken (durch die hohe Frequenz) die Impulsdauer der Lückenimpulse geringer wird. Bei richtiger Dimensionierung der Zeitglieder bzw. Anzahl der Stufen 24, 25 kann die Überwachungschaltung über einen von Null ausgehenden, großen Frequenzbereich sehr empfindlich eingestellt werden.To eliminate glitches or when at high frequencies or high Rate of change - due to capacitive losses and / or inertia the signal generator - signal voltages arise that do not overlap the comparator switchover more, or even leave gaps that lead to very short pulses lead according to FIG. 2h, the stages 23, 24 and 25 are provided. At the exit of the AND gate 23 will only produce a signal here if the via the Steps 24 and 25 slightly delayed signals at the input of the AND gate 23 are present. This circuit has no effect at low frequencies or speeds negative, because then the delay in relation to the then long switchover times of the comparators is negligibly small and therefore also the error signal according to FIG Fig. 2g passes through the AND gate 23 almost unchanged. The higher the frequency or speed, the more effective the delay circuit becomes, since then even with larger gaps (due to the high frequency) the pulse duration of the Gap impulses becomes less. With correct dimensioning of the timing elements resp. The monitoring circuit can control the number of stages 24, 25 about a The large frequency range starting from zero can be set very sensitively.

Claims (6)

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Überwachung eines inkrementalen Meßwertaufnehmers der zumindest zwei in der Phase versetzte Wechselspannungsausgangssignale mit unterschiedlicher Frequenz liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsausgangssignale (Fig. 2a und b) Schaltstufen (18 bis 21) zugeführt sind, die bei vorgegebenen Pegeln (32 bis 35) der Wechselspannungsausgangssignale umschalten und die Ausgangssignale (Fig.Claims 1. Circuit arrangement for monitoring an incremental Transducer of the at least two phase-shifted AC voltage output signals at different frequencies, characterized in that the AC voltage output signals (Fig. 2a and b) switching stages (18 to 21) are supplied, which at predetermined levels (32 to 35) toggle the AC output signals and the output signals (Fig. 2c bis f) der Schaltstufen (18 bis 21) einer Überwachungseinrichtung zugeführt sind, welche den Schaltzustand dieser Stufen überwacht und ein Fehlersignal (Fig. 29) liefert, wenn eine Amplitude der Wechselspannungsausgangssignale fehlt oder einen zu kleinen Wert aufweist. 2c to f) of the switching stages (18 to 21) of a monitoring device are supplied, which monitors the switching status of these stages and an error signal (Fig. 29) delivers when an amplitude of the AC voltage output signals is missing or has a value that is too small. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 für zwei in der Phase um annähernd 90 el versetzte Wechselspannungsausgangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß vier Schaltstufen (18 bis 21) vorgesehen sind, jedes der Wechselspannungsausgangssignale zwei Schaltstufen (18, 20 und 19, 21) zugeführt ist, wobei jeweils der eine (18, 19) bei vorgegebenem positiven und der andere (20,21) bei vorgegebenem negativen Pegel (32 bis 35) umschaltet.2. Circuit arrangement according to claim 1 for two in phase by approximately 90 el offset AC output signals, characterized, that four switching stages (18 to 21) are provided, each of the AC voltage output signals two switching stages (18, 20 and 19, 21) is supplied, with one (18, 19) for a given positive and the other (20,21) for a given negative Level (32 to 35) switches. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltpegel (32 bis 35) der Schaltstufen (18 bis 21) derart gewählt sind, daß bei niedriger Frequenz der Wechselspannungsausgangssignale zumindest jeweils der Umschaltpegel (32 bis 35) an einer der Schaltstufen (18 bis 21) überschritten wird.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the switching levels (32 to 35) of the switching stages (18 to 21) are selected in such a way that at a low frequency of the alternating voltage output signals at least in each case the switchover level (32 to 35) at one of the switching stages (18 to 21) is exceeded will. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schaltstufen (18 bis 21) nach Überschreiten des Umschaltpegels (32 bis 35) eine annähernd gleiche Ausgangsspannung abgeben.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that all switching stages (18 to 21) after exceeding the switching level (32 to 35) deliver an approximately equal output voltage. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Schaltstufen (18 bis 21) über Zeitglieder (24, 25) geführt sind, welche Ausgangsimpulse (Fig. 2h) kurzer Dauer unterdrücken.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the outputs of the switching stages (18 to 21) via timing elements (24, 25) are which suppress output pulses (Fig. 2h) of short duration. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsausgangssignale (Fig. 2a und b), in an sich bekannter Weise, von Gleichspannungsanteilen weitgehend befreit sind, die Schaltstufen-Umschaltpegel (32 bis 35) durch Anlegen vorgegebener oder einstellbarer Referenzspannungen (31) vorgegeben werden , und daß die Ausgänge aller dieser Schaltstufen (18 bis 21) sowohl auf den ersten Eingang eines Und-Gatters (23) wie auch auf eine insbesondere aus mehreren Schaltgattern (24, 25) bestehende Zeitstufe geführt sind, die ein verzögertes Signal an den zweiten Eingang des Und-Gatters (23) abgeben.6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the alternating voltage output signals (Fig. 2a and b), in a manner known per se, are largely freed from DC voltage components, the switching stage switching level (32 to 35) by applying specified or adjustable reference voltages (31) are specified, and that the outputs of all these switching stages (18 to 21) both on the first input of an AND gate (23) as well as on one in particular several switching gates (24, 25) existing time stage are performed, which is a delayed Send signal to the second input of the AND gate (23).