DD273889A1 - Verfahren und einrichtung zur interpolation sinusfoermiger messsignale, insbesondere solcher von fotoelektrischen messsystemen - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren werden aus, von Gebern 4 erzeugten und gleichgerichteten Messsignalen gleichgerichtete Signale mit um den Faktor k verminderter Amplitude erzeugt, die dann in Komparatoren 3 mit den gleichgerichteten Messsignalen in an sich bekannten logischen Verknuepfungsschaltungen 2 zur Messwertgewinnung weiter verarbeitet werden. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Interpolation von Signalen, insbesondere von fotoelektrischen Meßsystemen, die für Längen- und Winkelmessungen und deren Einstellungen bei Feinmeßgeräten und Werkzeugmaschinen Anwendung finden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Erhöhung der Auflösung numerischer Meßsysteme für Länge und Winkel werden die durch Abtastung einer Maßverkörperung durch fotoelektrische Empfänger erzeugten elektrischen Signale einer bestimmten Periode durch Interpolation in einer Auswerteeinrichtung auf elektrischem Wege weiter unterteilt.

Als eine technisch bekannte und weit verbreitete Lösung stellt der Netzwerkinterpolator eine einfache und günstige Einrichtung dafür dar. Bei ihm werden durch Widerstandskombinationen verschiedene Teilamplituden von vier um 90° phasenverschobenen Eingangssignalen (0°, 9O⁰C, 180°, 270°) gewonnen, die dann über Komparatoren miteinander verglichen werden, wobei die Ausgangssignale dieser Komparatoren durch nachgeordnete logische Elemente miteinander verknüpft werden, so daß am Ausgang des Interpolators zwei um 90° versetzte Rechteckimpulsfolgen ausgegeben werden. Von Vorteil ist dabei die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit. Es tritt keine störende Zeitverzögerung zwischen optischer Information und weiterverarbeitetem, ausgegebenem elektrischen Signal auf. Der Netzwerkinterpolator ist aber nur für niedrige Interpolationsfaktoren geeignet, da mit höherem Interpolationsfaktor die Anforderungen an Signalqualität, an präzise Bauelemente sowie vor allem der Aufwand an Bauelementen sehr schnell steigen und somit der technischen Realisierbarkeit Grenzen gesetzt sind.

Andere Verfahren und Einrichtungen zur Interpolation arbeiten auf der Grundlage der phasenzyklischen Interpolation (DD-PS 128338) und der Rechnerinterpolation (DE-PS 2758525; DE-PS 2729697) und gestatten sehr hohe Interpolationsfaktoren. Sie erlauben aber bei voller Auflösung nur geringe Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Ferner ist ein relativ hoher Aufwand erforderlich, der im wesentlichen unabhängig vom Interpolationsfaktor ist. Sie gestatten im allgemeinen nicht oder nur mit zusätzlichem Aufwand am Ausgang des Interpolators die Ausgabe von zwei um 90° versetzten Rechteckimpulsfolgen, wie sie für viele Steuerungen und Anzeigen erforderlich sind.

In der DE-AS 1945206 wird beschrieben, daß ein weg- und winkelabhängiges Signal über eine Reihe von Komparatoren mit unterschiedlichem Triggerniveau geführt wird und der dazugehörige Referenzpegel von der Signalamplitude abhängig ist und aus den Eingangssignalen erzeugt wird, wobei das über die Komparatoren geführte eine weg- bzw. winkelabhängige Signal durch ein- oder mehrfache Frequenzverdopplung aus den Eingangssignalen gewonnen wird.

In der DE-AS 1231911 ist die Bildung von Summen- und Differenzsignalen beschrieben, die mit den Eingangssignalen auf Impulsformerstufen gegeben werden. Dieses Verfahren und die dazugehörige Einrichtung gestatten jedoch nur eine Zweifachinterpolation.

Weitere Verfahren zur Meßwertgewinnung bei inkrementalen Weg- und Winkelmeßsystemen sind aus der DD-PS 139372 bekannt, bei denen der technisch-ökonomische Aufwand recht hoch ist.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und mit geringem technischen Abstand einen Interpolator mit hohem Interpolationsfaktor zu schaffen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Interpolation sinusförmiger Signale, insbesondere von fotoelektrischen Meßsystemen, zu schaffen, mit welcher mit geringem technischen Aufwand und unter Beibehaltung der Vorteile des Netzwerkinterpolators der Interpolationsfaktor erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Interpolation sinusförmiger Meßsignale, insbesondere solcher von fotoelektrischen Meßsystemen, bei welchem in einem Interpolator zwei von Gebern gelieferte, sinusförmige, um 90° phasenverschobene und verstärkte Meßsignale sinx und cosx erzeugt, gleichgerichtet und über Signalvergleich sowie durch logische Verknüpfung miteinander zur Meßwertbildung weiterverarbeitet werden, dadurch gelöst, daß aus den gleichgerichteten sinusförmigen Meßsignalen gleichgerichtete Signale mit um den Faktor к verminderter Amplitude erzeugt werden, wobei dann in Komparatoren die Signale verminderter Amplitude mit den gleichgerichteten Meßsignalen in an sich bekannter Weise verglichen und zur Meßwertgewinnung weiter logisch verknüpft werden.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die gleichgerichteten Meßsignale |sinx| und |cosx| mit den Signalen verminderter Amplitude |ksinx| und |kcosx| verglichen werden.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt die von Gebern erzeugten, in Verstärkern verstärkten, um 90° phasenverschobenen, sinusförmigen Meßsignale gleichrichtenden Gleichrichterschaltungen, diesen nachgeschalteten Komparatoren und logischen Verknüpfungsschaltungen und löst die Aufgabe dadurch, daß zwischen den Gleichrichterschaltungen und den Komparatoren die Amplitude der elektrischen Signale um den Faktor к herabsetzende Spannungsteiler zwischengeschaltet sind.

Durch Anwendung der Erfindung wird mit geringem elektrischen Aufwand eine wesentliche Erhöhung der Auflösung numerischer Meßsysteme erreicht, wobei die Anzahl der benötigten Komparatoren und logischen Verknüpfungsschaltungen nicht oder nur unwesentlich erhöht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2: das Blockschaltbild einer Vorstufe zur Erzeugung der doppelten Frequenz der Eingangssignale und Fig. 3: a bis e: Signalverläufe zur Einrichtung nach Fig. 2.

Bei dem Verfahren zur Interpolation sinusförmiger Meßsignale von fotoelektrischen Meßsystemen werden in einem Interpolator zwei von Gebern gelieferte sinusförmige, um 90° phasenverschobene und verstärkte Meßsignale sinx und cosx erzeugt, in Gleichrichterschaltungen 1 gleichgerichtet und über einen Signalvergleich, sowie durch logische Verknüpfungsschaltungen miteinander zur Meßwertbildung weiterverarbeitet. Aus den gleichgerichteten sinusförmigen Meßsignalen werden durch Spannungsteiler 6 oder andere geeignete Schaltungen gleichgerichtete Signale mit um den Faktor к verminderter Amplitude erzeugt, wobei к = ki...k„ < 1 ist. In Komparatoren 3 werden dann die Signale |k · sinx| und |k cosx| mit verminderter Amplitude mit den gleichgerichteten Meßsignalen in an sich bekannter Weise verglichen und in den logischen Verknüpfungsschaltungen 2 zur Meßwertgewinnung weiter logisch verknüpft. Die gleichgerichteten Meßsignale |sinx| und |cosx| werden mit den Signalen verminderter Amplitude |k · sinx| und |k · cosx| verglichen, wobei sich hierbei pro Periode der Meßsignale sinx und cosx die doppelte Anzahl der Schnittpunkte ergibt, da die Betragsbildung einer Frequenzverdopplung entspricht, so daß über jeden der Komparatoren 3 pro Periode vier Schnittpunkte anstelle bisher zwei ausgewertet werden und somit für einen bestimmten Interpolationsfaktor nur die halbe Anzahl der sonst erforderlichen Komparatoren 3 notwendig ist. Aus diesem Grunde ist dann auch der Umfang der nachgeschalteten Verknüpfungsschaltungen entsprechend niedriger. Außerdem sind als Eingangssignale nur noch die Signale sinx und cosx erforderlich, während bei den herkömmlichen Interpolationseinrichtungen noch die entsprechenden invertierten Signale -sinx und -cosx benötigt werden. Nach dem Blockschaltbild der Einrichtung nach Fig. 1 sind den Gebern 4 die Meßsignale verstärkende Verstärker 5 nachgeordnet, denen sich ausgangsseitig die Gleichrichterschaltungen 1 anschließen. Die damit verbundenen Spannungsteiler 6 sind mit an sich bekannten Komparatoren 3 verbunden, denen sich ausgangsseitig die die auswertbaren Signale Z, und Z₂ erzeugenden logischen Verknüpfungsschaltungen 2 anschließen.

Eine weitere Möglichkeit für die Erhöhung des Interpolationsfaktors besteht darin, den Netzwerkinterpolator durch eine Vorstufe zur Erzeugung der doppelten Frequenz zu erweitern. Das Blockschaltbild einer solchen Vorstufe ist in Fig. 2 dargestellt. Aus den, von den hier nicht dargestellten Gebern gelieferten Meßsignalen sinx und cosx werden über Gleichrichterschaltungen 7 einerseits Signale |sinx| und |cosx| und andererseits über Summenbildner 8 und Differenzbildner 9 und nachfolgenden Gleichrichterschaltungen 10 zwei um 90° versetzte, allerdings fast dreieckförmige, Signale |sinx + cosx| und |sinx — cosx| erzeugt. Über nachgeschaltete Differenzbildner 11 und 12 werden daraus Signale |sinx - cosx| und |sinx + cosx| — |cosx — sinx| gebildet, die zueinander um 90° phasenverschoben sind und die als Eingangssignale für die in Fig. 1 dargestellte Schaltung dienen können. Für die Verarbeitung der dreieckähnlichen Signale in dem dazugehörigen Netzwerkinterpolator ist es lediglich notwendig, die Widerstandskombination in den Spannungsteilern 6 zur Erzeugung der unterschiedlichen Signalamplituden der Signalform anzupassen.

In gleicher Weise können diese mindestens zwei Signale doppelter Frequenz bzw. halber Periode auch Interpolatoren mit anderen Prinzipien bzw. halber Periode auch Interpolatoren mit anderen Prinzipien und auch anderen Signalverarbeitungseingängen, die z. 8. am Eingang analoge Signale erfordern, zugeführt werden.

In Fig. 3a bis e sind die Signalverläufe der in der Vorstufe gebildeten und verarbeiteten Signale dargestellt. Dabei sind in den Fig.3a und 3b die Eingangssignale sinx und cosx und die daraus erzeugten gleichgerichteten Signale |sinx| und |cosx| und in den Fig.3c und 3d die Signale sinx + cosx und sinx — cosx sowie die entsprechenden gleichgerichteten Signale |sinx + cosx| und |cosx - sinx| dargestellt. Fig. 3e zeigt den Verlauf des Signals |sinx + cosx| - |cosx - sinx| am Ausgang des Differenzbildners 12, welches gegenüber dem Signal |cosx — sinx| um 90° phasenverschoben ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur Interpolation sinusförmiger Meßsignale, insbesondere solcher von fotoelektrischen Meßsystemen, bei welchem in einem Interpolator zwei von Gebern gelieferte, sinusförmige, um 90° phasenverschobene und verstärkte Meßsignale sinx und cosx erzeugt, gleichgerichtet und über Signalvergleich sowie durch logische Verknüpfung miteinander zur Meßwertbildung weiterverarbeitet wurden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den gleichgerichteten sinusförmigen Meßsignalen gleichgerichtete Signale mit um den Faktor к verminderter Amplitude erzeugt wurden, wobei dann in Komparatoren (3) die Signale verminderter Amplitude mit den gleichgerichteten Meßsignalen in an sich bekannter Weise verglichen und zur Meßwertgewinnung weiter logisch verknüpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichgerichteten Meßsignale |sinx| und |cosx| mit den Signalen verminderter Amplitude |ksinx| und ]kcosx| verglichen werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit, die von Gebern erzeugten, in Verstärkern verstärkten, um 90° phasenverschobenen, sinusförmigen Meßsignale gleichrichtenden Gleichrichterschaltungen, diesen nachgeschalteten Komparatoren und logischen Verknüpfungsschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gleichrichterschaltungen (1) und den Komparatoren (3) die Amplitude der elektrischen Signale um den Faktor к herabsetzende Spannungsteiler (6) zwischengeschaltet sind.