DE3901546A1

DE3901546A1 - Positionsmesseinrichtung mit mehreren abtaststellen

Info

Publication number: DE3901546A1
Application number: DE19893901546
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Wastlhuber
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-08-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung nach Hauptpatent P 37 26 260.2-52.

Im Hauptpatent ist bereits eine Positionsmeßeinrich tung beschrieben, bei der die Maßverkörperung an mehreren Abtaststellen abgetastet wird, ohne daß es zu Fehlzählungen bei Erschütterungen kommen kann.

Bei dieser Positionsmeßeinrichtung ist eine Prüf schaltung zur Überprüfung der Phasenlage zwischen den Abtastsignalen der verschiedenen Abtaststellen und/oder der Amplituden der Summensignale vorgese hen. Wenn festgestellt wird, daß eine unzulässige Überschreitung eines vorgegebenen Toleranzbereiches vorliegt, werden die Abtastsignale der verschiede nen Abtaststellen ungleich gewichtet addiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Positionsmeßeinrichtung der genannten Gattung die Phasenlage zwischen den Abtastsignalen der verschie denen Abtaststellen sicher zu erkennen und daraus ein Steuersignal für die Wichtung der Abtastsignale zu erzeugen, das eine möglichst geringe Welligkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Positionsmeßeinrich tung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen entnimmt man den Unteran sprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachste hend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Posi tionsmeßeinrichtung mit zwei Abtasteinrichtungen und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Posi tionsmeßeinrichtung mit vier Abtasteinrichtungen.

Die in Fig. 1 dargestellte Positionsmeßeinrichtung weist eine Teilscheibe 3 mit einer inkrementalen Teilung 5 auf, die von zwei Abtasteinrichtungen 1 und 2 abgetastet wird. Die Teilscheibe 3 ist auf einer Welle 4 eines nicht näher dargestellten Dreh gebers befestigt. Jede der beiden Abtasteinrichtun gen 1 und 2 erzeugt zwei um 90° gegeneinander pha senverschobene Abtastsignale U 1, U 2 und U 3, U 4. Die beiden Abtasteinrichtungen 1 und 2 sind diametral gegenüberliegend angeordnet, dabei spricht man auch von räumlich um 180° zueinander versetzten Abtast stellen.

Zur Messung des Drehwinkels der Teilscheibe 3 wer den die Abtastsignale U 1, U 2, U 3, U 4 so beeinflußt, daß sich bei der Addition der Abtastsignale U 1 und U 3 sowie U 2 und U 4 keine Signalauslöschung und somit keine Fehlzählung ergibt. Diese Beeinflussung der Abtastsignale U 1, U 2, U 3 und U 4 erfolgt durch unter schiedliche Wichtung in einem Steuerglied S. Im Steuerglied S ist für jedes Abtastsignal U 1, U 2, U 3 und U 4 ein Steuerelement S 10, S 20, S 30 und S 40 vor gesehen. An diesen Steuerelementen S 10, S 20, S 30 und S 40 liegt ein von einer Prüfschaltung P erzeug tes Steuersignal SS an. Die gewichteten Signale U 10 und U 30 werden im Summierglied S 1 und die gewichte ten Signale U 20 und U 40 im Summierglied S 2 analog addiert und dadurch gemittelt. Am Ausgang des Sum miergliedes S 1 steht das Summensignal U 5 der gewich teten Signale U 10 und U 30, d.h., die gewichtete Summe der 0°- Abtastsignale U 1 und U 3 an. Am Aus gang des Summiergliedes S 2 steht das Summensignal U 7 der gewichteten Signale U 20 und U 40, d.h., die gewichtete Summe der 90°- Abtastsignale U 2 und U 4 an. Beide Summensignale U 5 und U 7 sind wiederum um 90° gegeneinander phasenverschoben und können nach bekannten Verfahren weiter ausgewertet und interpo liert werden.

An der bereits erwähnten Prüfschaltung P zur Bil dung des Steuersignals SS liegen die Abtastsignale U 1, U 2, U 3 und U 4 an. Das 0°-Abtastsignal U 1 der ersten Abtasteinrichtung 1 und das 0°-Abtastsignal U 3 der zweiten Abtasteinrichtung 2 werden einem Differenzbildungs-Baustein D 1 zugeführt, in dem aus den beiden 0°- Abtastsignalen U 1 und U 3 ein Diffe renzsignal U 6 gebildet wird.

In gleicher Weise wird in einem Differenzbildungs- Baustein D 2 ein Differenzsignal U 8 aus den beiden 90°- Abtastsignalen U 2 und U 4 gebildet.

Die beiden Differenzsignale U 6 und U 8, die wiederum gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, werden Betragsbildungs-Bausteinen B 6 und B 8 zugeführt. Betragsbildungs-Bausteine sind allgemein bekannt und sind beispielsweise als Vollweggleichrichter schaltungen ausgeführt.

Die Ausgangssignale U 60 und U 80 der Betragsbil dungs-Bausteine B 6 und B 8 werden im Summierglied SV 10 zusammengefaßt. Man erhält dabei ein oberwel lenbehaftetes Fehlersignal G 1, das von der Exzen trizität abhängig ist.

Um diese Welligkeit des Fehlersignals G 1 zu verrin gern wird mittels der Abtastsignale U 1, U 2, U 3 und U 4 ein weiteres Fehlersignal G 2 erzeugt. Hierzu wird das 0°- Abtastsignal U 1 der ersten Abtastein richtung 1 und das 0°- Abtastsignal U 3 der zweiten Abtasteinrichtung 2 einem Summierglied SV 1 zuge führt. Ebenso wird in einem Summierglied SV 2 die Summe des 90°- Abtastsignals U 2 und des 90°- Ab tastsignals U 4 gebildet. Beide Summensignale U 9 und U 10 der Summierglieder SV 1 und SV 2 werden je einem Betragsbildungs-Baustein B 9 und B 10 zugeführt. Die Ausgangssignale U 90 und U 100 der Betragsbildungs- Bausteine B 9 und B 10 werden im Summierglied SV 20 zusammengefaßt. Dadurch erhält man das ebenfalls von der Exzentrizität abhängige und oberwellen behaftete Fehlersignal G 2.

Die Fehlersignale G 1 und G 2 werden einem Differenz bildungs-Baustein D 10 zugeführt und aus beiden Feh lersignalen G 1 und G 2 das Steuersignal SS erzeugt. Dabei ist kein zusätzliches Referenzsignal notwen dig, mit dem das Fehlersignal G 1 verglichen wird. Als Referenzsignal dient das Fehlersignal G 2. Da die Fehlersignale G 1 und G 2 aus den Abtastsignalen U 1, U 2, U 3 und U 4 gebildet werden, verringert sich die Welligkeit des Steuersignals SS durch die Dif ferenzbildung der Fehlersignale G 1 und G 2.

Die Welligkeit des Steuersignals SS ist am gering sten, wenn die Phasenverschiebung (Fehlerwinkel durch die Exzentrizität) der beiden 0°-Abtastsi gnale U 1 und U 3 90° beträgt. Durch Beeinflussung der Fehlersignale G 1 und G 2 ist es möglich, daß die Welligkeit des Steuersignals SS bereits bei etwa 60° am geringsten ist. Diese Beeinflussung kann durch bekannte Maßnahmen erfolgen, wie z.B. durch Multiplikation des Fehlersignals G 1 oder G 2 mit einem vorgegebenen Faktor.

In der Fig. 2 ist eine Positionsmeßeinrichtung mit vier Abtasteinrichtungen 101, 102, 103 und 104 ge zeigt. Wegen der Übersichtlichkeit wird nur die Bildung des Steuersignals SS aufgezeigt. In nicht gezeigter Weise werden die Abtastsignale U 101, U 102, U 103, U 104, U 105, U 106, U 107 und U 108 in Ab hängigkeit des Steuersignals SS unterschiedlich gewichtet. Nach bekannter Art werden die 0°- Ab tastsignale U 101, U 103, U 105 und U 107 nach der Wichtung addiert und somit gemittelt. Ebenso werden die 90°- Abtastsignale U 102, U 104, U 106 und U 108 nach der Wichtung addiert und damit gemittelt. Am Ausgang eines nicht gezeigten Steuergliedes stehen dann zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Signale zur weiteren Verarbeitung an.

Zur Überprüfung der Phasenlage der Abtastsignale U 101, U 103, U 105, U 107 und U 102, U 104, U 106, U 108 ist eine Prüfschaltung P vorgesehen. In der Prüf schaltung P ist ein Differenzbildungs-Baustein D 101 enthalten, in dem die Differenz der beiden 0°- Ab tastsignale U 101 und U 103 der räumlich um 180° zu einander versetzten Abtasteinrichtungen 101 und 102 gebildet wird. In einem weiteren Differenzbildungs- Baustein D 102 wird die Differenz der beiden Abtast signale U 102 und U 104 gebildet. Ebenso dienen die zwei Differenzbildungs-Bausteine D 103 und D 104 zur Bildung der Differenz der Abtastsignale U 105 und U 107 sowie U 106 und U 108. Die so erzeugten Diffe renzsignale U 111, U 112, U 113 und U 114 werden mit tels Betragsbildungs-Bausteinen B 111, B 112, B 113 und B 114 vollweggleichgerichtet und die Ausgangs signale U 121, U 122, U 123 und U 124 addiert. Das so entstehende oberwellenbehaftete Fehlersignal G 10 liegt an einem Differenzbildungs-Baustein D 110 an.

Zur Bildung eines weiteren oberwellenbehafteten Fehlersignals G 20, das auch von der Exzentrizität der Teilscheibe 3 abhängig ist, sind zwei Summier glieder SV 101 und SV 102 vorgesehen. In dem Summier glied SV 101 werden alle 90°- Abtastsignale U 102, U 104, U 106 und U 108 der vier Abtasteinheiten 101, 102, 103 und 104 addiert. In dem Summierglied SV 102 werden alle 0°-Abtastsignale U 101, U 103, U 105 und U 107 addiert. Die somit erzeugten Summensignale U 131 und U 132 werden mittels der Betragsbildungs- Bausteine B 131 und B 132 vollweggleichgerichtet. Die Ausgangssignale U 141 und U 142 der Betragsbildungs- Bausteine B 131 und B 132 werden addiert und somit das Fehlersignal G 20 erzeugt. Dieses oberwellenbe haftete Fehlersignal G 20 wird mit dem ebenfalls oberwellenbehafteten Fehlersignal G 10 mittels eines Differenzbildungs-Bausteins D 110 verglichen und das Steuersignal SS gebildet. Durch die Differenzbil dung der Abtastsignale U 101, U 102, U 103, U 104, U 105, U 106, U 107 und U 108 sowie die Summenbildung verrin gert sich der Oberwellengehalt des Steuersignals SS.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung benötigt man nur zwei Summierglieder SV 101 und SV 102. In nicht gezeigter Weise können mittels mehrerer Sum mierglieder jeweils die 0°- Abtastsignale zweier um 180° zueinander versetzter Abtasteinrichtungen se parat summiert werden und die Summensignale mittels Betragsbildungs-Bausteine gleichgerichtet werden. Ebenso können die 90°-Abtastsignale jeweils zweier um 180° zueinander versetzter Abtasteinrichtungen separat summiert werden und die Summensignale eben falls gleichgerichtet werden. Alle gleichgerichte ten Summensignale werden zum Fehlersignal zusammen gefaßt. Bei vier Abtasteinrichtungen sind dies vier gleichgerichtete Summensignale.

Die Wichtung kann in Stufen oder stufenlos erfolgen. Die Wichtung beinhaltet auch die Möglichkeit der Abschaltung einer Abtasteinrichtung, wobei die Ab tastsignale der gegenüberliegenden Abtasteinrich tung dann vorteilhafterweise maximal gewichtet wer den. Die Beeinflussung bzw. Wichtung der Abtastsi gnale kann auch durch eine unterschiedliche Energie versorgung der Abtasteinrichtungen erfolgen.

Die Erfindung ist bei lichtelektrischen Positions meßeinrichtungen, aber auch bei magnetischen, induk tiven oder kapazitiven Positionsmeßeinrichtungen einsetzbar.

Claims

1. Positionsmeßeinrichtung mit einer Maßverkörpe rung und mehreren Abtasteinrichtungen zur Er zeugung von zueinander phasenverschobenen Ab tastsignalen sowie mit einer Prüfschaltung zur Überprüfung der Phasenlage zwischen den Abtast signalen der verschiedenen Abtasteinrichtungen nach Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 37 26 260.2-52), dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Abtasteinrichtung (1, 2; 101, 102, 103, 104) ein 0°- Abtastsignal (U 1, U 3; U 101, U 103, U 105, U 107) und ein 90°-Abtastsignal (U 2, U 4; U 102, U 104, U 106, U 108) gebildet wird, daß in der Prüfschaltung (P) Differenzsignale (U 6; U 111, U 113) der 0°-Abtastsignale (U 1, U 3; U 101, U 103, U 105, U 107) je zweier um 180° räumlich zueinan der versetzter Abtasteinrichtungen (1, 2; 101, 102, 103, 104) sowie Differenzsignale (U 8; U 112, U 114) der 90°-Abtastsignale (U 2, U 4; U 102, U 104, U 106, U 108) je zweier um 180° räumlich zueinander versetzter Abtasteinrichtungen (1, 2; 101, 102, 103, 104) erzeugt werden, daß die Differenzsignale (U 6, U 8; U 111, U 112, U 113, U 114) zur Bildung eines Fehlersignals (G 1; G 10) verwendet werden, daß weiterhin in der Prüf schaltung (P) aus den Abtastsignalen (U 1, U 2, U 3, U 4; U 101, U 102, U 103, U 104, U 105, U 106, U 107, U 108) Summensignale (U 9, U 10; U 131, U 132) gebildet werden, die zur Bildung eines weiteren Fehlersignals (G 2; G 20) verwendet wer den, und daß aus beiden Fehlersignalen (G 1, G 2; G 10, G 20) ein Steuersignal (SS) zur ungleichen Wichtung der Abtastsignale (U 1, U 2, U 3, U 4; U 101, U 102, U 103, U 104, U 105, U 106, U 107, U 108) gebildet wird.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge der Differenzsi gnale (U 6, U 8; U 111, U 112, U 113, U 114) zur Bil dung des Fehlersignals (G 1; G 10) verwendet wer den, und daß weiterhin in der Prüfschaltung (P) alle 0°-Abtastsignale (U 1, U 3; U 101, U 103, U 105, U 107) zu einem Summensignal (U 9; U 132) und alle 90°- Abtastsignale (U 2, U 4; U 102, U 104, U 106, U 108) zu einem Summensignal (U 10; U 131) zusammen gefaßt werden, und daß die Beträge der Summensi gnale (U 9, U 10; U 131, U 132) zur Bildung des Feh lersignals (G 2; G 20) zusammengefaßt werden.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge der Differenzsi gnale (U 6, U 8) zur Bildung des Fehlersignals (G 1) verwendet werden, und daß weiterhin in der Prüfschaltung (P) aus den 0°-Abtastsignalen (U 1, U 3) je zweier um 180° räumlich zueinander versetzter Abtasteinrichtungen (1, 2) sowie aus den 90°-Abtastsignalen (U 2, U 4) je zweier um 180° räumlich zueinander versetzter Abtastein richtungen (1, 2) ein Summensignal (U 9, U 10) erzeugt wird, und daß die Beträge dieser Summen signale (U 9, U 10) zur Bildung des Fehlersignals (G 2) zusammengefaßt werden.

4. Positionsmeßeinrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewichteten 0°-Abtastsignale (U 10, U 30) zu einem Ausgangssignal (U 5) und die gewichteten 90°- Abtastsignale (U 20, U 40) zu einem Ausgangs signal (U 7) zusammengefaßt werden.