DE3434952C2 - - Google Patents

Description

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 Kurz­ schluß ist es bekannt, die aus den Ausgangssignalen des Meßwertaufnehmers erzeugten Impulsfolgen zu über­ wachen. So wird bei einer bekannten Vorrichtung jeweils beim Eintreffen des Referenz­ impulses 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. Um diesen Nachteil zu beheben, wird dort vorgeschlagen, eine zusätzliche Überwachung der Referenzimpulse über Zeitglieder vorzusehen, wobei ein Fehlersignal abge­ geben wird, wenn während eines festgelegten Zeitab­ schnittes 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. sofort nach dem Einschalten der Anlage nicht möglich, so daß noch weitere Maßnahmen bzw. Über­ wachungen erforderlich werden, um zumindest die Fehler zu erkennen, die eine besondere Gefährdung hervorrufen können.In addition to monitoring for wire breaks and / or short in conclusion it is known from the output signals the pulse train generated over to watch. This is the case with a known device each time the reference arrives impulses determined via a counter reading comparison, to what extent the pulse count delivered up to that point is correct is. However, such monitoring is not only very complex, it also has the disadvantage that at missing reference pulses no monitoring is carried out. In order to remedy this disadvantage, it is proposed there an additional monitoring of the reference pulses Provide timers, with an error signal will give if, during a specified period  no reference pulse is given. A correct one However, reference pulse monitoring of this type is only possible possible if these time periods remain constant, that means driving at the same speed at all times. Furthermore, monitoring is not changing Output signals z. B. immediately after switching on the system not possible, so that further measures or about Monitors are required to at least correct the errors recognize that can cause a particular hazard.

Bei den häufig verwendeten Meßwertaufnehmern mit photoelek­ trischer Abtastung sollten z. B. ein Lichtquellenfehler, ein Fehler der Abtastelemente (z. B. Photoelemente), eine Ver­ schmutzung, 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.With the frequently used sensors with photoelek trical sampling should z. B. a light source fault Error of the scanning elements (e.g. photo elements), a ver dirt, a break or loosening of an encoder part, as well Errors and interruptions in the signal path are detected, whereby even the failure of a single one from the sensor detecting increment can be important.

Eine derartige Überwachung ist aus der DE-PS 20 22 151 bekannt. Dort werden bei einer photoelektrischen Abtastung zur richtungsabhängigen Wegemessung zwei zueinander um 90° phasenversetzten Wechselspannungsausgangssignale erzeugt. Diese beiden Signale werden zur Fehlerkontrolle in ihre positiven und negativen Signalanteile zerlegt und diese zur Überwachung der Phasenwinkel und Amplitudenhöhe verwendet. Die hierzu erforderliche Schaltung ist jedoch sehr stör­ empfindlich, schwer einstellbar und in der Herstellung auf­ wendig. Da der Meßwertaufnehmer üblicherweise direkt an der Maschine angeordnet ist, sind die Analogsignale häufig mit Störsignalen überlagert, die zu einem Fehlersignal führen können, auch dann, wenn diese Störsignale bei der Nutzsignal­ verarbeitung keinen Fehler bewirken. Weiterhin wird die Feh­ lerüberwachung dadurch erschwert, daß sich die Kurvenform der Analogsignale mit der Änderungsgeschwindigkeit der Meßwerte ändert.Such monitoring is from DE-PS 20 22 151 known. There will be a photoelectric scan for direction-dependent path measurement two to each other by 90 ° phase-shifted AC voltage output signals generated. These two signals are used for error checking in their decomposed positive and negative signal components and these for Monitoring the phase angle and amplitude height used. However, the circuit required for this is very troublesome sensitive, difficult to adjust and to manufacture agile. Since the transducer is usually directly on the Machine is arranged, the analog signals are often with Superimposed on interference signals that lead to an error signal can, even if these interference signals in the useful signal processing will not cause an error. Furthermore, the Feh ler monitoring difficult because the curve shape of the  Analog signals with the rate of change of the measured values changes.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine störempfindliche Fehlerüberwachung zu ermöglichen, die mit geringem Aufwand die Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers auf alle zu erwar­ tenden Fehler im Meßwertaufnehmer und dessen Signalleitungen anspricht, wobei nur die Fehler erfaßt werden, die zu einer fehlerhaften Auswertung in gleichfalls störunempfindlichen Auswertstufen für die Meßwertsignale führen.It is the object of the invention to be sensitive to interference Enable error monitoring with little effort the output signals of the transducer were expected to all tendency errors in the transducer and its signal lines responds, whereby only the errors are recorded that lead to a faulty evaluation in also insensitive to interference Lead evaluation stages for the measured value signals.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine weitgehend digital arbeitende Schaltungsanordnung mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.This task is solved by a largely digital working circuit arrangement with the in the claims marked features.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiment explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, Fig. 1 shows a circuit arrangement according to the invention,

Fig. 2a bis h Signale aus der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1. FIGS. 2a to h signals from the circuit arrangement of FIG. 1.

An den Eingängen 1, 2 sowie 3, 4 von Differenzverstärkern 5 und 6 liegt jeweils eins der gegeneinander um ca. 90° in der Phase versetzten Wechselspannungsausgangs­ signale gemäß Fig. 2a und b des Meßwertaufnehmers. Diese Spannungen bzw. Ströme sind in bekannter Weise - z. B. durch jeweils zwei antiparallelgeschaltete Photoelemente für jedes Ausgangssignal, die im Strahlengang jeweils um 180° versetzt angeordnet sind - von Gleichspannungsanteilen weitgehend befreit. 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 ge­ langen 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.At the inputs 1, 2 and 3, 4 of differential amplifiers 5 and 6 there is in each case one of the alternating voltage output signals which are offset in phase by approximately 90 ° in accordance with FIGS . 2a and b of the measuring sensor. These voltages or currents are in a known manner - for. B. by two antiparallel-connected photo elements for each output signal, which are each offset by 180 ° in the beam path - largely freed from DC components. They are amplified in the differential amplifiers 5 and 6 , which are connected in the usual way, and given to rectangular pulse shapers 7 and 8 , which are also connected in a known manner. From there ge then the corresponding measured value pulses via lines 9 and 10 to the actual evaluation stages (not shown), where they z. B. in actual value signal stages with direction detection.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 5 ist weiter­ hin über eine Leitung 11 jeweils mit dem invertieren­ den 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 20 und 21. Die Ausgänge aller Komparatoren 18 bis 21 liegen an einem gemeinsamen Arbeitswiderstand 22 und an einem ersten Eingang eines UND-Gatters 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.The output of the differential amplifier 5 is further connected via a line 11 to the inverting and the non-inverting input of a comparator 18 and 19 , respectively. In the same way, the output signals of the differential amplifier 6 reach the inverting and the non-inverting input of two further comparators 20 and 21 via a line 12 . The outputs of all comparators 18 to 21 are connected to a common load resistor 22 and to a first input of an AND gate 23 . Furthermore, these outputs are at the input of a first negator 24 , which is connected in series with a second negator 25 , the output of which is at the second input of the AND gate 23 . Small interference suppression capacitors 26 can be connected to the inputs and / or outputs of the comparators.

Die Wirkungsweise soll anhand der in der Fig. 2 darge­ stellten Signale a bis h näher erläutert werden. Die Kurvenformen der Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers sind üblicherweise 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 Meß­ wertaufnehmers zwischen zwei Inkrementen stark ver­ schmutzt, entsteht an dieser Stelle 30 im Signal eine verringerte Amplitude oder die entsprechende Halbwelle fehlt weitgehend. Da sich dies z. B. bei einem Dreh­ winkelgeber 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 will be explained in more detail using the signals a to h shown in FIG. 2. The waveforms of the output signals from the transducer are usually sinusoidal or triangular with very rounded corners. With position sensors, their frequency depends on the speed at which the position is changed. The amplitude level of the signals according to FIGS. 2a and b is largely independent of the speed, but is strongly dependent on aging and contamination of the encoder parts generating these voltages. Is z. B. the area of the index plate of an optical transducer between two increments very dirty, at this point 30 there is a reduced amplitude in the signal or the corresponding half-wave is largely missing. Since this z. B. repeated with a rotary encoder at every revolution, an error can occur in the evaluation of the signals, which is constantly increasing, or it can no longer be detected in this area of the direction of movement.

Jeder der Komparatoren 18 bis 21 ist durch eine Referenzspannung 31, 32, die dem jeweils nicht mit Wechselspannungsanteilen beaufschlagten Eingängen zuge­ führt 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. 2c bis f, wobei die Referenz­ spannungen 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 Aus­ gang 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 set by a reference voltage 31, 32 , which leads to the inputs not loaded with AC components, such that each comparator switches after reaching a predetermined level 32 to 35 . This results in a switchover according to the curves in FIGS. 2c to f, the reference voltages being chosen such that there is an overlap in the switchover which ensures that the common output of the comparators 18 to 21 remains constantly at low potential. Only when there is a fault with missing or too small amplitudes, e.g. B. at point 30 , arise at the common output from FIG. 2g signals that z. B. be caused by the fact that the level 35 is exceeded only in a small area and here, according to FIG. 2f, the one comparator switches only in this area. The resulting signal according to FIG. 2g can therefore serve as an error signal or set an error level.

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 ent­ stehen, 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 ver­ nachlässigbar 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 Zeit­ glieder bzw. Anzahl der Stufen 24, 25 kann die Über­ wachungsschaltung über einen von Null ausgehenden, großen Frequenzbereich sehr empfindlich eingestellt werden.In order to eliminate interference pulses or if at high frequencies or high rates of change - due to capacitive losses and / or the inertia of the signal generator - signal voltages arise that no longer overlap the comparator switchover, or even leave gaps that are too short in time pulses according to Fig. 2h lead, the steps 23, 24 and 25 are provided. At the output of the AND gate 23 there will only be a signal if at the same time the signals slightly delayed via the stages 24 and 25 are present at the input of the AND gate 23 . This circuit does not have a negative effect at low frequencies or speeds, since then the delay is negligibly small in relation to the then long switchover times of the comparators and therefore the error signal according to FIG. 2g also passes through the AND gate 23 almost unchanged. The higher the frequency or speed, the more effective the delay circuit becomes, since the pulse duration of the gap pulses then becomes shorter even with larger gaps in position (due to the high frequency). With the correct dimensioning of the time elements or the number of stages 24, 25 , the monitoring circuit can be set very sensitively over a large frequency range starting from zero.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Fehlerüberwachung eines inkremen­ talen Meßwertaufnehmers, der zumindest zwei um 90° phasenversetzte Wechselspannungsausgangssignale mit un­ terschiedlicher Frequenz liefert, die bezüglich ihrer Pha­ senlage und Amplitude überwacht werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes der beiden Wechselspannungsausgangs­ signale (Fig. 2a und b) jeweils zwei als Komparatoren (18 bis 21) ausgebildete Schaltstufen zugeführt ist, wobei der eine der Komparatoren (19, 21) jeweils bei einem vorgege­ benen positiven und der andere Komparator (18, 20) jeweils bei einem vorgegebenen negativen Pegel umschaltet, alle vier Komparatoren (18 bis 21) jeweils nach Überschreiten des Umschaltpegels (32 bis 35) eine gleiche Ausgangsspannung abgeben, und daß die Ausgangssignale (Fig. 2c bis f) der vier Komparatoren (18 bis 21) einer Überwachungseinrichtung (22 bis 26) zugeführt sind, wel­ che den momentanen Schaltzustand aller vier Komparatoren überwacht und ein Fehlersignal (Fig. 2g oder h) liefert, wenn eine Halbwelle der einen oder beider Wechselspan­ nungsausgangssignale (Fig. 2a und 2b) fehlt oder einen zu kleinen Wert aufweist. 1. Circuit arrangement for error monitoring of an incremental transducer, which provides at least two 90 ° phase-shifted AC voltage output signals with different frequencies, which are monitored with regard to their phase and amplitude, characterized in that each of the two AC voltage signals ( Fig. 2a and b ) two switching stages designed as comparators ( 18 to 21 ) are supplied, one of the comparators ( 19, 21 ) each switching at a predetermined positive level and the other comparator ( 18, 20 ) each switching at a predetermined negative level, all four Comparators ( 18 to 21 ) output the same output voltage each time the switching level ( 32 to 35 ) is exceeded, and that the output signals ( FIGS. 2c to f) of the four comparators ( 18 to 21 ) are fed to a monitoring device ( 22 to 26 ), which monitors the current switching status of all four comparators and an error signal ( Fig. 2g or h) returns when a half wave of one or both AC voltage output signals ( Fig. 2a and 2b) is missing or has a too small value. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umschaltpegel (32 bis 35) der Komparatoren (18 bis 21) derart gewählt sind, daß bei niedriger Fre­ quenz der Wechselspannungsausgangssignale zumindest je­ weils der Umschaltpegel (32 bis 35) an einer der Kompa­ ratoren (18 bis 21) überschritten wird.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the switching level ( 32 to 35 ) of the comparators ( 18 to 21 ) are selected such that at low frequencies of the AC output signals at least because of the switching level ( 32 to 35 ) at one of the Comparators ( 18 to 21 ) is exceeded. 3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Komparato­ ren (18 bis 21) über Zeitglieder (24, 25) geführt sind, welche Ausgangsimpulse (Fig. 2h) kurzer Dauer unterdrücken.3. Circuit arrangement according to one of claims 1 or 2, characterized in that the outputs of the Komparato ren ( 18 to 21 ) via timers ( 24, 25 ) are performed, which suppress output pulses ( Fig. 2h) of short duration. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsausgangs­ signale (Fig. 2a und b) in an sich bekannter Weise von Gleichspannungsanteilen befreit sind, die Komparatorumschaltpegel (32 bis 35) durch Anlegen vor­ gegebener oder einstellbarer Referenzspannungen (31) vorgegeben werden, und die Ausgänge aller dieser Kompara­ toren (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.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the AC voltage output signals ( Fig. 2a and b) are freed in a manner known per se from DC voltage components, the comparator switching level ( 32 to 35 ) by applying before given or adjustable reference voltages ( 31 ) are specified, and the outputs of all these comparators ( 18 to 21 ) both on the first input of an AND gate ( 23 ) as well as on a time stage, in particular consisting of a plurality of switching gates ( 24, 25 ), which are a deliver a delayed signal to the second input of the AND gate ( 23 ).