DE2020393A1

DE2020393A1 - Error protection with incremental measuring systems

Info

Publication number: DE2020393A1
Application number: DE19702020393
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Miller
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1970-04-25
Filing date: 1970-04-25
Publication date: 1971-11-11

Description

Behlersicherung bei inkrementalen Meßsystemen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Fehlersicherung bei inkrementalen Meßsystemen zur richtungsabhängigen Wegemessung mittels zueinander phasenversetzter elektrischer Abtastsignale. Error protection in incremental measuring systems The invention relates to a method and an arrangement for error protection in incremental measuring systems for direction-dependent distance measurement by means of phase-shifted electrical Scanning signals.

Inkremental arbeitende Lagemeßsysteme beruhen bekanntlich auf der Impuls-Zuwachsmethode, die jede Veränderung des Wertes der Meßgröße in Impulsen zählt.Incremental position measuring systems are known to be based on the Pulse increment method, each change in the value of the measurand in pulses counts.

Bei inkrementalen Meßsystemen besteht somit keine feste Beziehung zu der ursprünglichen Ausgangslage.In the case of incremental measuring systems, there is therefore no fixed relationship to the original starting position.

Dies hat zur Folge, daß ein einmal auftretender Meßfehler auch sämtliche nachfolgenden Messungen verfälscht.As a result, a measurement error that occurs once also all subsequent measurements falsified.

Es sind bereits Anordnungen zur Fehlersicherung bei inkrementalen Meßsystemen bekannt geworden. Bei diesen werden in einen Übertragungsweg eingestreute Störimpulse unterdrückt, und zwar in der Weise, daß zu übertragende Impulse als komplementäre Impulse gleicher Phasenlage auf verschiedenen Kanälen einem logischen Netzwerk auf der Empfängerseite zugeführt werden. Über den Netzwerkausgang werden nur dann Impulse abgegeben, werrn auf beiden Übertragungskanälen gleichzeitig zwei komplementäre Signale eintreffen.There are already arrangements for error protection with incremental Measuring systems become known. These are interspersed in a transmission path Interference pulses suppressed, in such a way that the pulses to be transmitted as complementary pulses of the same phase position on different channels one logical Network on the receiving end. Via the network output Only then are pulses emitted, two transmission channels occur at the same time complementary signals arrive.

Mit Anordnungen dieser Art könneii jedoch keine durch fehlerhafte Phasenlagen der Abtastsignale verursachte Meßfehler festgestellt werden.With arrangements of this kind, however, none can be caused by faulty Measurement errors caused by phase positions of the scanning signals are determined.

Fehlerhafte Phasenlagen der Abtastaignale können aber z.B. durch Verschmutzung der Meßteilung des inkrementalen Meßsystems hervorgerufen werden.However, incorrect phase positions of the scanning aials can, for example, be caused by soiling the measuring graduation of the incremental measuring system.

Eine weitgehend gleichbleibende Phasenlage und gegebenenfalls auch eine bestimmte Amplitudenhöhe der Abtastsignale sind aber Voraussetzung für eine einwandfreie Messung.A largely constant phase position and possibly also A certain amplitude level of the scanning signals are a prerequisite for a perfect measurement.

Die Erfindung will bei inkrementalen Meßsystemen mit einfachen Mitteln eine zuverlässig arbeitende Fehlersicherung schaffen, die es gestattet, fehlerhafte Phasenlagen und gegebenenfalls auch fehlerhafte Amplitudenhöhen der Abtaatsignale anzuzeigen.In the case of incremental measuring systems, the invention aims to use simple means create a reliably working error protection that allows faulty Phase positions and possibly also incorrect amplitude levels of the down signal to display.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß an den beim Meßvorgang erzeugten Abtastsignalen eine Kontrolle des Phasenwinkels und/oder der Amplitudenhöhe durchgefüÄrt wird, und daß bei bestimmten Abweichungen der Abtastsignale von ihrer Soll-Phasenlage und/oder Soll-Amplitudenhöhe eine Fehlermeldung erfolgt.The invention solves the problem in that the at Measuring process generated scanning signals a control of the phase angle and / or the Amplitude level is carried out, and that with certain deviations of the scanning signals an error message is issued from their target phase position and / or target amplitude level.

Bei einer möglichen Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eines der zueinander phasenversetzten Abtastsignale in bekannter Weise einem Trigger und in weiterer Folge einem Differentiator einer Richtungsdiskriminator- und Zählschaltung zugeführt, der Jeweils beim Kippvorgang des Triggers Impulse liefert Das andere no@ umgeformte Abtaatsignal, das vor der Richtungsdiskriminator - und Zählschaltung abgezweigt ist, steuert einen sogenannten Fenster-Trigger, der im Gegensatz zum erstgenannten Trigger einem bestimmten Ausgangs-Schaltzustand einen Bereich um den Mittelwert des Bingnngssignales und den entgegengesetzten Ausgangs-Schaltzustand die Extrembereiche des Eingangssignales zuordnet. Der Ausgang des Differentiators sowie der Ausgang des Fenster-Tri.ggers sind en eine Kontrollschaltung gelegt, die beispielsweise feststellt, ob der jeweilige vom Differentiator abgegebene Impuls zeitlich mit dem Schaltzustand des Fenster-Triggers zusammenfällt, der den Eftrembereichen seines Eingangsaignales zugeordnet. ist.In one possible arrangement for performing the method according to the invention becomes one of the mutually phase-shifted scanning signals in a known manner Trigger and subsequently a differentiator of a directional discriminator and counting circuit supplied, which supplies pulses each time the trigger is toggled The other no @ transformed departure signal, the one in front of the directional discriminator - and counting circuit is branched off, controls a so-called window trigger, the in contrast to the first-mentioned trigger, a certain output switching state Area around the mean value of the input signal and the opposite output switching state assigns the extreme ranges of the input signal. The output of the differentiator as well as the output of the window tri.ggers are placed in a control circuit that for example, determines whether the respective pulse emitted by the differentiator coincides in time with the switching state of the window trigger, which is the Eftrembbereich assigned to its input signal. is.

Fällt der jeweilige vom Differentiator abgegebene Impuls zeitlich nicht mit dem vorgenannten Schaltzustand des Fenster-Triggers zusammen, dann wird eine Alarmeinrichtung in Gang gesetzt.If the respective pulse emitted by the differentiator falls over time does not coincide with the aforementioned switching status of the window trigger, then an alarm device set in motion.

Auf diese Weise können fehlerhafte Phasenlagen der Abtastsignale - die z.B. durch Verschmutzung der Meßtcilungen verursacht sein können - sofort festgestellt und nach Überprüfung des Meßsystemes auch behoben werden, Zur Erhöhung der Sicherheit kann die vorstehend beschriebene Anordnung auch zweifach vorgesehen sein.In this way, incorrect phase positions of the scanning signals - which can be caused, for example, by soiling of the measuring parts - immediately determined and after checking the measuring system also be remedied, To increase the safety the arrangement described above can also be provided in duplicate.

Dabei steuert jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale einen eigenen Fenster-rigger. Jedem Fenster-Trigger ist eine eigene Kontrollschaltung beigeordnet, an deren Eingänge jeweils der Ausgang des dazugehöngen Fenster-Triggers sowie der Ausgang eines vom anderen Abtastsignal über einen Trigger gesteuerten Differentiatom gelegt sind.Each of the phase-shifted scanning signals controls own window rigger. Each window trigger has its own control circuit assigned, at their inputs the output of the associated window trigger as well as the output of one controlled by the other scanning signal via a trigger Differentiatom are placed.

Jede Kontrollachaltung überprüft für sich, ob der jeweilige vorn Differentiator abgegebene Impuls zeitlich mit einem Schaltzustand des ihr beigeordneten Fenster-Triggers zusammenfällt, der den Extrembereichen seines Eingangssignales zugeordnet ist.Each control system checks for itself whether the respective The pulse emitted by the differentiator is timed to a switching state of the associated one Window trigger coincides with the extreme ranges of its input signal assigned.

Bei einer weiteren möglichen Anordnung zu Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert wiederum jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale für sich einen eigenen Fenster-Trigger. Auch sind die elektrischen Signale, deren Phasenlage überprüft werden soll, wieder direkt vom Leitungszweig abgenommen, der zur elektronischen Richtungsdiskriminator- und Zähl schaltung des Meßsystems führt.In a further possible arrangement for exercising the invention The method in turn controls each of the mutually phase-shifted scanning signals its own window trigger. Also are the electrical signals whose Phase position is to be checked, taken again directly from the branch, the leads to the electronic direction discriminator and counting circuit of the measuring system.

Abweichend von der vorstehend beschriebenen Anordnung werden jedoch nur die Ausgänge der Fenster-Trigger einer Kontrollschaltung zugeführt, die z.B. überprüft, ob die Schaltzustände der Fenster-Trigger zusammenfallen, die den Mittenbereichen ihrer jeweiligen Eingangssignale zugeordnet sind.However, deviating from the arrangement described above only the outputs of the window triggers are fed to a control circuit which e.g. checks whether the switching states of the window triggers coincide with those of the central areas are assigned to their respective input signals.

Mit Anordnungen dieser Art kann sowohl eine Phacerwinkelkontro]le als auch eine Amplitudenkontrolle der Abtastsignale durchgeführt werden. Eine Phasenwinkel- und Amplitudenkontrolle ist besonders bei hochauflösenden Meßsystemen von Bedeutung, bei denen eine Signalvervielfachung im bekannten Wege der Phaseninterpolation bewirkt werden soll. Vorpussetzung für eine einwandfreie Signalvervielfachurg durch Phaseninterpolation ist nicht nur eine weitgehend gleichbleibende Phasenlage, sondern es ist auch wichtig, daß die Amplitudenhöhe der Abtastsignale nicht unter einen bestimmten Minimalwert absinkt.With arrangements of this type, both a phacer angle control as well as an amplitude control of the scanning signals can be carried out. A phase angle and amplitude control is particularly important for high-resolution measuring systems, in which a signal multiplication is effected in the known way of phase interpolation shall be. Precondition for a perfect signal multiplication through phase interpolation is not only a largely constant phase position, but it is also important that the amplitude of the scanning signals does not fall below a certain minimum value sinks.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich ais der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.Further features of the invention emerge as the following Description in connection with the drawing, in the embodiments of the invention are shown schematically.

In der Zeichnung zeigt Figur 1 eine Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 einen Signalverlauf zu Figur 1, Figur 3 eine weitere Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 4 einen Signalverlauf zu Figur 3.In the drawing, FIG. 1 shows an arrangement for practicing the invention Method, FIG. 2 shows a signal curve for FIG. 1, FIG. 3 shows a further arrangement for carrying out the method according to the invention, FIG. 4 shows a signal curve for FIG 3.

Die Figur 1 zeigt eine bekannte lichtelektrische Gitterabtasteinrichtung zur richtungsabhängigen Wegemessung. Ein Gittermaßstab 1 und eine darüber gleitende Gitterabtastplatte 2 werden mittels einer Lampe 3 iiber einen Rondensor 4 beleuchtet. Objektive 5 und 6 bilden die die Gitter 1 und 2 durchsetzenden Lichtbündel auf Fotoelemente 7 und 8 ab. Die Ausgangssignale der Fotoelemente 7 und 8 werden in Verstärkern 9 und 10 verstärkt. Die über die Verstärkerausgänge 11 und 12 abgegebenen elektrischen Signale S11 und S12 werden in Impulsformerstufen (Trigger) 13 und 14 in Rechtecksignale TIS und T16 umgeformt. Die Rechtecksignale T15 und T16 werden iiber die Triggerausgänge 15 und 16 in üblicher Weise einer elektronischen Richtungsdiskriminator-und Zählachaltung 17 zugeführt, deren logisches Netzwerk u.a. ein Differenzierglied enthält, das in Figur 1 des besseren Verständnisses wegen außerhalb.Figure 1 shows a known photoelectric grating scanner for direction-dependent distance measurement. A grid scale 1 and one sliding over it Grating scanning plate 2 are illuminated by means of a lamp 3 via a circular sensor 4. Lenses 5 and 6 form the light beams penetrating grids 1 and 2 on photo elements 7 and 8. The output signals of the photo elements 7 and 8 are fed into amplifiers 9 and 10 reinforced. The electrical output via the amplifier outputs 11 and 12 Signals S11 and S12 are converted into square-wave signals in pulse shaping stages (triggers) 13 and 14 TIS and T16 reshaped. The square-wave signals T15 and T16 are transmitted via the trigger outputs 15 and 16 in the usual way of an electronic directional discriminator and counting device 17, the logical network of which contains a differentiator, which is included in Figure 1 for better understanding outside.

dieser Schaltanordnung im Leitungazweig 15/19 vorgesehen ist. Der Differentiator 18 im Leitungszweig 15/19 liefert jeweils beim Kippvorgang des Triggers 13 Impulse 119 Das verstärkte Ausgangssignal S12 wird erfindungs gemäß einem Fenster-Trigger 20 zugeführt, der im Gegensatz zu den Triggern 13 und 14 einem bestimmten Ausgangs-Schaltzustand einen Bereich um den Mittelwert des Eingangssignales und den entgegengesetzten Ausgangs-Schaltzustand die Extrembereiche des Eingangasignales zuordnet.this switching arrangement is provided in the line branch 15/19. Of the Differentiator 18 in the branch 15/19 delivers during the tipping process of the trigger 13 pulses 119 The amplified output signal S12 is according to the invention a window trigger 20 supplied, which in contrast to the triggers 13 and 14 a certain output switching state a range around the mean value of the input signal and the opposite output switching state is the extreme range of the input signal assigns.

Der Fenster-Trigger 20 kann aus zwei den Triggern 13 und 14 entsprechenden Triggern 21 und 22 und einem exklusiven ODET2-Tor 29 bestehen. Die Schaltniveaus NO bzw. N1 und N2 (Figur 2) der Trigger 13 und 14 bzw. 21 und 22 sind einstellbar. Der Aus gang .24 des Fenster-Triggers 20 sowie der Ausgang 19 des Differentiators 18 sind an eine Kontrollschaltung 25 gelegt, die im Ausführungsbeispiel feststellt, ob der jeweilige vom Differentiator 18 gelieferte Impuls I19 (Figur 2) zeitlich in den Bereich X (Figur 2) des vom Fenster-Trigger 20 gelieferten Rechtecksignales T24 fällt.The window trigger 20 can consist of two triggers 13 and 14 corresponding to each other Triggers 21 and 22 and an exclusive ODET2 gate 29 exist. The switching levels NO or N1 and N2 (Figure 2) of triggers 13 and 14 or 21 and 22 can be set. The output .24 of the window trigger 20 and the output 19 of the differentiator 18 are connected to a control circuit 25 which, in the exemplary embodiment, determines whether the respective pulse I19 (FIG. 2) supplied by the differentiator 18 is temporal in the area X (FIG. 2) of the square-wave signal supplied by the window trigger 20 T24 falls.

Die Kontrollschaltung 25 enthält im Ausführungsbeispiel zwei UND-Tore 26 und 27 sowie ein OD-R-Tor 28. An die Eingänge des ersten UND-Dores 26 ist der Ausgang 19 des Differentiators 18 sowie der Ausgang 24 des Fenster-Triggers 20 gelegt.The control circuit 25 contains two AND gates in the exemplary embodiment 26 and 27 and an OD-R gate 28. At the inputs of the first AND gate 26 is the Output 19 of differentiator 18 and output 24 of window trigger 20 are applied.

An die Eingänge des zweiten UND-Tores 27 ist der Ausgang 191 eines Inverters 29 für die vom Differentiator 18 gelieferten Impulse I19 sowie der Ausgang 24 des Fenster-Triggers 20 angeschlossen.At the inputs of the second AND gate 27, the output 191 is one Inverter 29 for the pulses I19 supplied by the differentiator 18 and the output 24 of the window trigger 20 connected.

Die Phasenlage der Signale S11 und 512 ist richtig, wenn wie in Figur 2 die jeweiligen vom Differentiator 18 gelieferten Impulse I9 in den Bereich X des Rechtecksignales U24 fallen. Die zeit] iche Dauer des Schaltbercichcs X kann durch Veränderung der .Schaltniveaus N1 und N2 der Trigger 21 und 22 variiert werden. 1)ie Alarmeinrichtung, die z.B. eine Warnlampe 31 enthalten kann, wird dann eingeschaltet, wenn der jeweilige vom Differentiator 18 gelieferte Impuls 119 zeitlicht nicht in den Schaltbereich X des Fenster-Triggers 20 fällt. Auf diese Weise können fehlerhafte Phasenlagen der Abtastsignale S11 und S12, die z.B. durch Verschmutzung an der Gitterteilung 1 und 2 verursacht sein können, festgestellt und nach Beseitigung der Fehlerquelle behoben werden.The phase position of the signals S11 and 512 is correct if as in FIG 2 the respective from Differentiator 18 delivered pulses I9 in the area X of the square wave signal U24 fall. The time duration of the switching range X can be varied by changing the switching levels N1 and N2 of the triggers 21 and 22 will. 1) The alarm device, which for example can contain a warning lamp 31, is then switched on when the respective pulse 119 supplied by the differentiator 18 is timed does not fall within the switching range X of the window trigger 20. That way you can Incorrect phase positions of the scanning signals S11 and S12, e.g. due to contamination at the grid division 1 and 2, determined and after elimination the source of the error must be corrected.

In Figur 3 ist jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale 511 und S12 an einen eigenen Fenster-Trigger 201 gelegt, der beim Schaltniveau N3 bzw. N4 anspricht und der entsprechend dem in Figur 1 gezeigten Trigger 20 aufgebaut sein kann. Die über die Ausgänge 32 und 33 der Fenster-Trigger 201 abgegebenen Rechtecksignale T32 und T33 (Figur 4) steuern eine aus einem UND-Tor 34 bestehende Kontrollschaltung, über deren Ausgang 35 beim Auftreten eines Fehlers eine Warnlampe 31 betätigt wird. Die Kontrollschaltung 34 überprüft, ob die Schaltzustände der Fenster-Trigger 201 zusammenfallen, die den Mittenbereichen ihrer jeweiligen Eingangssignale zugeordnet sind. Fellen entgegen der DarstelLung in Figur 4 die jeweiligen Schaltbereiche Y der Fenster-Trigger 201 zusammen, 3.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der zueinander phasenversetzten Abtastsignale (S11) in bekannter Welse einem Trigger (13) und in weiterer Folge einem Differentiator (18) zugeführt wird, der jeweils beim Kippvorgang des Triggers (13) Impulse (I19) liefert, und daß das andere Abtaatsignal (S12) an einen Fenster-Trigger (20) gelegt ist, und daß ferner der Ausgang (24) des Fenster-Triggers (20) sowie der Ausgang (19) des Differentiators (18) an eine Kontrollschaltung (25) gelegt sind, die z.B. feststellt, ob der Jeweilige vom Differentiator (18) abgegebene Impuls (I19) zeitlich mit einem Schaltzustand (X) des Fenster~Uriggers (20) zusammenfällt, der den Extrembereichen seines Eingangssignales zugeordnet ist.In Figure 3, each of the mutually out-of-phase scanning signals is 511 and S12 are placed on their own window trigger 201, which is activated at switching level N3 or N4 responds and is constructed in accordance with the trigger 20 shown in FIG can be. The square-wave signals emitted via the outputs 32 and 33 of the window trigger 201 T32 and T33 (Figure 4) control a control circuit consisting of an AND gate 34, A warning lamp 31 is actuated via the output 35 when an error occurs. The control circuit 34 checks whether the switching states of the window trigger 201 coincide, which are assigned to the central areas of their respective input signals are. Contrary to the illustration in FIG. 4, the respective switching areas Y the window trigger 201 together, 3.) Arrangement according to claim 2, characterized in that one of the mutually phase-shifted scanning signals (S11) in a known manner a trigger (13) and then a differentiator (18) is supplied, which each time the trigger (13) is tilted, pulses (I19) supplies, and that the other Abtaatsignal (S12) is applied to a window trigger (20) is, and that also the output (24) of the window trigger (20) and the output (19) of the differentiator (18) are connected to a control circuit (25) which e.g. determines whether the respective pulse (I19) emitted by the differentiator (18) is timed coincides with a switching state (X) of the window ~ Uriggers (20), which corresponds to the extreme areas is assigned to its input signal.

4.) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zueinander phasenversetzten Abtastsignale einen eigenen Fenster-Trigger steuert, und daß jedem Fenster-Trigger eine eigene Kontrollschaltung beigeordnet ist, an deren Eingänge jeweils der Ausgang des dazugehörigen Fenster-Triggers sowie der Ausgang eines vom anderen Abtastsignal über einen Trigger gesteuerten Differentiators gelegt sind, und daß jede Kontrollschaltung fiir sich überprüft, ob der jeweilige vom Differentiator abgegebene Impuls zeitlich mit einem Schaltzustand des ihr beigeordneten Fenster-Uriggem zusammenfällt5 der den Extrem-4.) Arrangement according to claim 2, characterized in that each of the phase-shifted scanning signals controls its own window trigger, and that each window trigger is assigned its own control circuit whose inputs are the output of the associated window trigger and the Output of a differentiator controlled by the other sampling signal via a trigger are placed, and that each control circuit checks for itself whether the respective The pulse emitted by the differentiator is timed with a switching state of the associated one Window-Uriggem coincides5 with the extreme

Claims

areas of its input signal is assigned.

5.) Arrangement according to claim 2 to 4, characterized in that the Control circuit (25) contains two AND gates (26 and 27) and an OR gate (28), the output (19) of the differentiator being connected to the inputs of the first AND gate (26) (18) and the output (24) of the window trigger (20) and to the inputs of the second AND dores (27) the inverted output (191) of the differentiator (18) and the Output (24) of the window trigger (20) are set, and that the output of the AND gates (26 and 27) is placed on the OR gate (28), via its output (30) an alarm device (31) is controlled.

6.) Arrangement according to claim 2, characterized in that the phase angle and / or amplitude control of each of the scanning signals (S11 and S12) its own Window trigger (201) controls and that outputs (32 and 33) the window trigger (201) are connected to a control circuit (34) which, for example, checks whether the switching states the window triggers (201) coincide with the central areas of their respective Input signals are assigned.

then the warning lamp is via the output 35 of the control circuit 34 31 switched on.

This arrangement with two window triggers 201 does not only allow a phase angle control of the signals S11 and S12, but it allows at the same time also a control of the amplitude of the signals jS11 and S12. The amplitude decreases of the signal S11 or S12 below the switching level of the window trigger 201, then this error is indicated by the warning lamp 31 lighting up.

Deviating from the exemplary embodiments shown, this can be done according to the invention Find procedures also for error checking in measuring systems use in which the two mutually shifted scanning signals, which are further processed by means of a push-pull circuit are generated in which, as is known, four offset from one another Photo elements are provided, each of which by half a lattice constant staggered in pairs are electrically connected together.

The error check according to the invention is of course also included magnetic, capacitive, inductive incremental measuring systems applicable.

Claims 1. A method for error protection in incremental measuring systems for direction-dependent distance measurement by means of phase-shifted electrical Abtaatsignale, characterized in that the scanning signals generated during the measuring process (S11 and S12) a check of the phase angle tnd / or the amplitude level is carried out is, and that with certain deviations from the target phase position and / or target amplitude level an error message occurs.

2.) Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that to control the phase angle and / or the amplitude level at least one of the scanning signals (S11 and S12) is a so-called window trigger (20 or 201) is supplied, which has a certain output switching state Area around the mean value of the input signal and the opposite output switching state assigns the extreme ranges of the input signal.

L e r s e i t e