DE2641496C3 - Auswerteeinrichtung für einen Analog-/Digetalwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswdftecinrichtung für einen Analog/Digilalwandler, der zumindestens eine eine Anzahl von η Ziffern liefernde elektromagnet!* sehe Codiereinrichtung aufweist, wobei η gleich oder größer als 3 ist, und aufeinanderfolgende zwei Ausgangssignale der die /; Ziffern darstellenden η Ausgangssignale 0,1,2,.., n— 1 von der Codiereinrichtung so erzeugt werden, daß sie einander bezüglich des Drehwinkels der Codiereinrichtung überlappen, mit π logischen Schaltungen, die jeweils die logische Operation:

L=/· (Cr- I^

7+1)

durchführen, worin /— 1, / und /+1 irgendwelche 3 aufeinanderfolgenden Ausgangssignale der η Ausgangssignale von der zumindest einen Codiereinrichtung, Cr 1 ein Übertragssignal, das erzeugt wird, wenn ein Signal, das zu einer Gruppe von größeren Zahlenwerten won Ausgangssignalen einer weiteren niedriger bewerteien Codiereinrichtung gehört, erscheint und CrI eir, invertiertes Signal des Übertragssignals Cr 1 ist, so daß jede der π logischen Schaltungen ein Signal erzeugt, das eine der π Ziffern darstellt und wobei die Gruppe der π logischen Schaltungen in Zeitmultiplexbetrieb aufeinanderfolgend für alle Codiereinrichtungen verwendet wird.

Es ist eine Auswerteeinrichtung für Digitalwandler unter Verwendung von elektromagnetischen Codeschsibcn bekannt {US-PS 36 03 97S) bei dem jedoch alle elektromagnetischen Codescheiben gleich ausgebildet

>5 sind, die also keine hybride Auswerteeinrichtung ist. Diese bekannte Auswerteeinrichtung verwendet die eingangs genannten η logischen Schaltungen, um die Unsicherheit des Ausgangssignals ~aif Grund von Getriebefehlern Lei der Kopplung zwischen der niedrigst bewerteten und der höher bewerteten Codescheibe zu beseitigen. Da bei einer größeren Anzahl von Codescheiben die Verwendung von getrennten π logischen Schaltungen für jede Codescheibe einen hohen Aufwand darstellt verwendet dieses bekannte Auswertesystem bereits eine Zeitmultiplextechnik, bei der die Ausgange der einzelnen Codescheiben in Zeitmultiplexbetrieb aufeinanderfolgend den Eingangen einer Gruppe von π logischen Schaltungen zugeführt werden, wobei Verzogcrungseinrichiungcn für die Übertragung des Übertragssignals vorgesehen sind.

Weiterhin ist es bereits bekannt (»Archiv für technisches Messen (ATM]«. August 1471. Seiten R 89 bis R 96). optische ( odescheiben mn induktiven Lagemeßsystemen zu vereinigen Die hierbei verwende ten optischen f'odicrschciben sind jedoch im Binar bzw BC D(OiI. codiert und liefern damit keine η Ziffern, so daß auch <Ιι·- Kopplung zwischen diesen ( odescheiben auf andere Weise erfolgt als bei dem eingangs genannten Auswcrtcsystem

Der Erfindung iiegt die Aufgabe zu (»runde eine Auswcrtecinrichiiing der eingangs genannten An zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und unter Vcrwen dung des Zeitmultiplex-Verfahrens die Kopplung eines induktiven I agcmeßtransformators mit elcktromagne tischen (Odescheiben ermöglicht, die η Ziffern liefern

fliese Aufgabe wird ausgehend von einer Auswerte einrichtung iler eingangs genannten Art erdniliingsge maß dadurch gelost, daß dir Codiereinrichtung an der niedrigst bewerteten /iffernstelle dun h einen Absolut stellungs Wandler einer von der zumindestens einen Codiereinrichtung abweichenden Art gebildet ist. dal! der Absoluisielltings-Wandler ein Übertragssignal erzeugt, wenn das Ausgangssignal des AbsoluisiellungS' Wandlers in einem vofgegebeneit Wefiebefeich liegt und daß das Übcrtragssignal und das invertierie Übertragssignal des Absolulslellurtgs-Wandlers den ti logischen Schaltungen auf Zcitleilungsbasis der zweit-

niedrigst bewerteten Codiereinrichtung zuführbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspriichea

Die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung ermöglicht die Kopplung von elektromagnetischen Codescheiben mit π Ziffern mit einem induktiven Lagemeßtransformator. wobei die Zeitmultiplextechnik beibehalten werden kann, so daß sich ein einfacher Aufbau der Auswerteeinrichtung auch bei einer Vielzahl von Codescheiben ergibt

Ausführungabeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert, in deren F i g. 1 bis 8 zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung Codescheiben sowie eine Auswerteeinrichtung ähnlich der Auswerteeinrichtung nach der eingangs genannten US-PS 36 03 978 erläutert sind.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer bekannten elektromagnetischen Dezimai-Codescheibe,

Fig.2 eine Längsschnittansicht der Codescheibe nach Fig. 1,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der induzierten Sekundärspannun<> und der Drehstellung zwischen dem Rotor und dem Stator der Codescheibe nach den F i g. 1 und 2 zeigt,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer logischen Schaltung der bekannten Auswerteeinrichiung,

F i g. 5 eine graphische Darstellung, die Schwingungsformen an verschiedenen Teilen der logischen Schaltung nach F i g. 4 zeigt.

Fig. 6 ein Blockschaltbild der bekannten Auswerteschaltung für die Dezimal-Codescheibe.

Fig. 7 ein Blockschaltbild der bekannten Auswerteeinrichtung zur Auswertung und Ablesung von 5 Dezimal-Codescheiben.

Fig. 8 ein Blockschaltbild der bekannten Auswerte einrichtung zur Auswertung und Ablesung einer Anzahl von Dezimal-Codescheiben auf Zeitteilungsbasis.

F ι g. 9 ein Blockschaltbild einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichiung zur Auswcr tung und Ablesung der Ausgangssignale des induktiven Lagemeßtransformators.

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Zeiibe/ie hungen einer ßezugsphasen-Schwingungsiorm. einer Rückfuhrungs-Phasenschwingungsform und des Absu lutweries für die Auswerteeinrichtung nach F- ι g M.

F ig Il ein Blockschaltbild einer Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Auswertceinnchhing fur einen hybriden Analog/Digitalwandler. der miteinander gekoppelte Dezimal C ödestheiben und einen l.agemeß transformator einschließt.

I ig 12 eine graphische Darstellung von Schwin gungsformen an verschiedenen Punkten 'ler logischen Schaltungen in der Ausführungsfnrnt der Auswerte schaltungen nach Fi g II.

F ig Ii eine Tabelle, die die Beziehung /wischen einem /.ahlenwert, einem Miiltiplikationsfaktor und einem Absolntwcrib<reich fur jede Stelle eines hybriden Analog/I)ignalwand^:ers mit 4 Dezimal Codescheiben und einem induktive¹! l.agemeßtransformator zeigt, die miteinander «ekoppi It s'iid,

fig. H eine grap^¹^ Darstellung, die die Abiast zcil jeder Stelle des Artalog/Digitalwandlers mit 4 Deaimal'Codcscheiberi MH eineni induktiven LagemeG-transformator zeigt, die Miteinander gekoppelt sind.

Fig. 15 eine graphische Darstellung von Schwingungsfofrncn an verschiedenen Teilen der togischen Schaltung nach Fig. 12. wenn die halbe Zahnteilung

oder 1 mm einer Ziffer auf einer Dezimal-Codescheibe entspricht,

Fig. 16 eine schematiche Darstellung eines hybriden Analog/Digitalwandlers mit einer Dezimal-Codeschiribeneinheit und einem induktiven Lagemeßtransformator, die miteinander gekoppelt sind,

Fig. 17 eine schematiche Darstellung eines hybriden Analog.'Digitalwandlers mit 4 DezimaJ-Codescheiben und einem Resolver, die einstückig miteinander zusammengebaut sind.

Die in den F ι g. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen der bekannten Auswerteeinrichtung gemäß der US-Patentschrift 36 03 978 beseitigen die Gefahr, daß die Codescheiben an den Grenzen zwischen benachbarten Ziffern fehlerhaft abgelesen und ausgewertet werden. Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung soli auf diese bekannte Form von Codescheiben zunächst ausführlich eingegangen werden.

Es soll ein Analog, Digitalwandler zur Lieferung von 10 Ziffern (dezimal) pro Umdrehung der Roto~welie betrachtet weHen. Wenn zwei C c.scheiben verwen del werden und iie Rotorwellen miteu-ander über ein Getnebeverhaltnis von 10 1 miteinander gekoppelt sind, so können insgesamt 100 Ziffern geliefert werden. In diesem Falt sollte wenn sich die Welle niedrigerer Ordnu.g an der Grenze zwischen -.9« und »0« befindet, die Welle höherer ('rdnung an der Grenze zwischen benachbarten Steller sienen und der Übergang der Welle höherer Ortliung um eine Stelle und der Übergang der Welle niedrigerer Ordnung von »9« au! »0« sollte zeitlich an der gleichen Stelle stattfinden Fs ist jedoch allgemein auf (/rund der mechanischen Ungenauigkeit unmöglich, diese Koinzidenz zu errei then, und es ko.inen fehlerhafte Signale auftreten Beispielsweise kennen fehlerhafte Signale wie ι Β »17«. »18«.. »14<· ,.10«. .-20«. ..21«. bei einer Drehung der Lingangswelle auftreten Die vorstehet.d genannte US Patentschrift bezieht sich auf Ninwerteeinrichtun gen. bei denen das Auftreten eines derartigen .ehlers verhindert werden soll. Das heißt, bei diesen Auswerte einrichtungen werden Signale, die einander aufeinan dt ,folgend :r, der Drehnchmng überlappen und die die notwendigen Stellen darstellen, abgenommen und einer logischen Schaltung zugeführt, die beispielweise die logische Operation

L = I(Cr I- I +Cr /+1)

ausfuhrt so daß fehlerhafte Signale am Auftreten gehindert werden Die vorstehend beschriebenen logischen Schaltungen sind auf das Verhindern des Auftretens derartiger fehlerhafter Signale gerichtet, so daß die obengenannte logische Operation nicht unbedingt beschrankent¹ ist

Ir r g. 2 bezeichnet die Berugsziffer 1 Pole, die mit gleichförmigem Abstand entlang des Außenumfangs emes Stators 6 angeordnet sind und die sich nach innen auf den Mittelpunkt ns erstrecken, während die Bezugs/iffer 2 Sekundärwicklungen bezeichnet, die um die Pole 1 gewickelt sind Die Be/ugsziffer 3 bezeichne! eine Primärwicklung, die um einen Vorsprung des Stators 6 gewickelt ist, während die Bezugsziffer 4 ein drehbares Teil bezeichnet, das an einer rotierenden Welle 5 befestigt ist und eine zungenförmige Form mit einer Umfangsbreite größer als der Breite jedes Poles aufweist. Die rotierende Welle 5 verläuft durch den Mittelpunkt des Stators 6. Die eine derartige Transformatorstruktur aufweisende Dezimalcodescheibe arbei-

(et als Impulstransformator und wenn die Primärwicklung 3 inipulsförmig angesteuert wird, und die Welle 5 gedreht wird, wodurch das Teil 4 aufeinanderfolgend an den Polen 1 vorbeiläufl, die jeweils eine Sekundärwicklung 2 trägt, so daß ein magnetischer Kreis K an einer Position geschlossen wird, die jedem Pol entspricht, wie dies in Fig.2 gezeigt ist, werden Spitzenspannungen aufeinanderfolgend durch die Tfansfofmalofwifkung in den Sekundärwicklungen erzeugt, wie dies in der F i g. 3 durch die Kurven /—!',/'./+ Γ ... dargestellt ist, wobei diese Kurven bezüglich der Richtung des Drehwinkels überlappen. Diese Spannungen werden einer Impulsformerschallung wie z. B. einer Schmitt-Triggerschaltung zugeführt, um einander aufeinanderfolgend überlappende Signale /- I, /, /+ I ... zu liefern, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, mit einer Linie FaIs der Bezugslinic. Diese Signale werden der logischen Schaltung gemäß Fig.4 zugeführt. In Fig.4 sind die Verknüpfungsglieder ANDi und AND2 UND-Glieder, während die Verknüpfungsglicder INV \ und 1NV2 Inverter sind. Die Symbole /-], / und /+1 stellen irgendwelche aufeinanderfolgenden Digilalsignale (wie z. B. 0. I. 2; 5. 6'. 7:9.0.1 usw.) dar. die durch Formung des Ausganges jedes Pols der Codescheibe höherer Ordnung gewonnen werden, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist. Die Symbole /- I und /+1 stellen die invertierten Signale von /-1 bzw. /+ I dar und Cr und Cr stellen Übertragssignale von der Codescheibe niedrigerer Ordnung dar. die erzeugt werden, wenn die Ziffern niedrigerer Ordnung 5 bis 9 bzw. 0 bis 4 sind. Der Grund für diese Auswahl besteht darin, daß sie es ermöglicht, die Toleranz des Kopplungsfehlcrs /wischen den Ziffern höherer Ordnung und den Ziffern niedrigerer Ordnung größer zu machen.

Als Beispiel sei angenommen, daß die Ausgänge von den Polen 0.1 und Il gleich /- 1. /bzw. /+ 1 sind, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist und daß Cr und Cr erzeugt werden, wenn die Ziffern niedrigerer Ordnung gleich 5 bis 9 bzw. 0 bis 4 sind und das drehbare Teil gemäß Fig. 1 in Richtung anwachsender Zahlen gedreht wird. Das Ziffernsignal des Pols I wird ausgelesen, und die Schwingungsformen in verschiedenen Teilen der logi-

U CUI I I■

—I. r:_

a I -:-U

t-VUIM.lt. «Τ».

dies in Fig. 5 gezeigt ist. In Fig. 5 stellt das Zeichen S die Position des drehbaren Teils 4 des Analog/Digitalwandlers höherer Ordnung dar. Es wird angenommen, daß der Ausgang des Analog/Digitalwandlers niedrigerer Ordnung gleich 9 ist und daß der Wandler höherer Ordnung die beiden Signale /- 1 und /liefert. Die oben erwähnte logische Gleichung L ist die logische Gleichung zur Auswertung und Ablesung des Ausganges /des Wandlei i höherer Ordnung. Weil das Signal Cr sowie das Signal /— 1 an der Position S geliefert wird, ist die Gleichung L nicht erfüllt. Wenn sich das drehbare Teil 4 in Richtung anwachsender Zahlen dreht, und die Ziffer niedngerer Ordnung sich von 9 auf 0 ändert, verschwindendes Signal Cr und stattdessen erscheint das Signal Cr. Entsprechend ist der Ausgang von dem UND-Glied AND2, nämlich /-Q--/+1 in der logischen Schaltung nach Fig.4 erfüllt, so daß dieses Signal erzeugt wird. Weil die Gleichung / - Cr- /+1 erfüllt ist. ist die logische Gleichung

L= 1(Cr ■ /~1 + Cr · /Tl)

erfüllt, wenn sich die Ziffer niedngerer Ordnung von 9 auf 0 ändert. Wenn sich das drehbare Teil weiterbewegt und die Ziffer niedrigerer Ordnung sich von 4 auf 5 ändert, erscheint das Signal Cr, so daß der Ausdruck / · Cr- /+I der logischen Gleichung des Signals L₅ der bisher erTüllt war, nicht mehr erfüllt ist. Weil jedoch I ■ Cr ■ 1-1 des Vefknüpfungsgliedes AND I auf Grund des Auftretens des Signals Cr erfüllt isl, ist die logische S Gleichung L immer noch erfüllt, und das Signal wird aufrechterhalten, Wenn sich die Ziffer niedrigerer Ordnung Von 9 auf 0 bei einer weiteren Drehung des drehbaren Teils ändert, verschwindet das Signal Ound damit ist der Ausdruck / · Cr /— I von L, der bisher

in erfüllt war, nicht mehr erfüllt, während das Signal /+ I sowie das Signal Cr erscheinen, so daß auch der Ausdruck I Cr /+1 nicht mehr erfüllt ist, so daß alle Ausdrücke der logischen Gleichung nicht mehr erfüllt sind. Das heißt, daß wenn die Stelle niedrigerer Ordnung

B sich von 9 auf 0 ändert, die logische Gleichung /. nicht vollständig erfüllt wird, so daß das Signal verschwindet. Damit ist, wie dies aus F i g. 5 ersichtlich ist, die logische Gleichung des Signals /. von der Zeil, zu der die Ziffer niedrigerer Ordnung 0 wird, bis zu der Zeil, wenn sie innerhalb des Bereiches des Signals /9 wird, erfüllt, so daß das Ausgangssignal L der logischen Schaltung gemäß Fig.4 genau die Position des Pols I darstellt. F i g. 4 zeigt die logische Schaltung zur Auswertung und Auslesung des Signals des Pols I des Analog/Digital-

2S Wandlers höherer Ordnung entsprechend der oben erwähnten logischen Gleichung. Für Dezimal-Codescheiben kann die Position jedes Pols des Analog/Digitalwand'ers in einfacher Weise durch Verwendung von 10 derartigen logischen Schaltungen gemäß Fig.4

M ausgelesen und ausgewertet werden.

F i g. 6 zeigt eine Dezimalcodescheiben-Ausleseschallung. die durch t0 derartige logische Schaltungen gemäß F i g. 4 gebildel ist.

F i g. 7 zeigt eine Auswerfeinrichtung zum Auswerten von 5 Ziffern, die 5 Dezimalcodeschciben entsprechen, wobei diese Auswcrteeinrichlung 5 derartige Dezimalcodescheiben-Auswerteschaltungen gemäß Fig.6 aufweist, die miteinander verbunden sind. Wenn daher die Anzahl der Dezimalcodescheiben größer

Ji) wird, wird die gesamte logische Schaltung zum Auslesen und Auswerten der Ziffern entsprechend kompliziert und aufwendig.

F ig. S icigi eine mcilikuuiüiiiatcit-Auswerfeinrichtung zum Auslesen einer Anzahl von Ziffern, die einer

ίϊ Vielzahl von Dezimal-Codescheiben entsprechen, auf Zeitteilungsbasis, wobei die Ablesung mit lediglich einer derartigen Codescheiben-Auswerteschaltung gemäß F i g. 6 durchgeführt werden kann, indem eine Zeitteilungstechnik verwendet wird. Die Dezimalcodeschei-

w ben-Auswerteschaltung nach Fig.6 wird aufeinanderfolgend erst auf der .Y-Achse von der Codesrheibe niedrigster Ordnung zur Codescheibe nächsthöherer Ordnung und dann zu der Codescheibe der noch weiter höheren Ordnung weitergeschaltet und dann in der

•5$ gleichen Weise auf die Y- und Z-Achsen und dann wieder auf die X-Achse usw., wobei eine Folge von Zeitsteuerimpulsen mit Intervallen von beispielsweise 20 Mikrosekunden verwendet wird.

Wie es weiter oben insbesondere bezüglich der

m> US-PS 36 03 97g beschrieben wurde, müssen den Dezimalcodescheiben-Auswerteschallungen die Übertragssignale Cr und Crvon der Codescheibe niedrigerer Ordnung zugeführt werden und solange wie die gleiche Dezimalcodescheibe in der niedrigeren Ordnung ver-

*5 wendet wird, kann man leicht diese Ubertragssignale erhalten. Wenn jedoch ein Detektor für den in der Nähe liegenden Absolutwert oder ein Absolut-Zwischenwertdetektor. wie z. B. ein linearer Lasemeßtransformator.

ein Resolver oder ähnliches an der niedrigeren Ordnung verwendet werden soll, so können die Übertragssignale nicht geliefert werden, so daß die Dezimalcodescheibe nicht mit dieseni Absolulweffdeteklof gekoppelt werden kann.

Im folgenden werden anhand der F Ig₁9 bis 17 Ausführungsformen der erfindungsgemäßen AuswerteeiftrichUing beschrieben, bei derfi Dezifnäl-Gödescheiben mii einem Absolulslellungs-Wandlef dadurch gekoppelt sind, daß eine ÜbeftragungssignaNGeneratoreinrichtungfUrden AbSolutstclliings-Wptidler vorgesehen ist. so daß der Meßbereich des Absolutstellungs Wandlers gedehnt werden kann. Auf diese Weise wird eine Auswerteeinrichtung geschaffen, die es ermöglicht, die Absolutstellung über den gesamten Hub oder den gesamten Weg mit der hohen Genauigkeit des induktiven Lagemeßtransformators festzustellen.

Die Auswerfeinrichtung nach den F i g. 9 bis ι ^ weist Dezimal-Codescheiben und einen Absolutstellungs-Deiektor auf, der vom Typ der Codescheiben abweicht und beispielsweise ein linearer Lagemeßtransformator, ein Resolver, eine optische Codiereinrichtung oder ähnliches ist. die miteinander gekoppelt sind, so daß eine Vergrößerung des Absolutwertbereiches möglich ist. insbesondere kann, wenn der Absolulstcllungs-Detektor ein linearer Lagemeßtransformator ist. der Absolutwert mit hoher Genauigkeit und über den gesamten Hub oder die Wegstrecke festgestellt werden, so daß sowohl der Detektor als auch die periphere Schallung in wenig aufwendiger Weise aufgebaut werden kann und weiterhin kann der Detektor verglichen mit einem bekannten LagemeBtransformator-System mit drei Gängen, d. h. grob, mittel und fein, vereinfacht werden Weiterhin kann, wenn der Absolutstellungs-Detektor ein Resolver ist. unter anderem ein Resolver drei oder mehr Dezimalcodescheibcn ersetzen, weil es möglich ist. einen Resolver so auszubilden, daß er mehr als drei Resolvern entspricht, so daß sowohl der Detektor als auch die periphere Schaltung einen sehr geringen Aufwand verglichen mit einem dreigängigen Resolver· system entsprechend dem Stand der Technik erfordern.

In einem Ausführungsbeispiel wird ein LagemeD-innerhalb einer Zahnteilung des Schiebers des Lagemcßtransformalors darstellt, so liefern die Ausgangsanschlüsse 16a und 17a Ausgänge, die Erregungs-Sinusschwingungen mit Amplituden sind, die proportional zu sin Θ,«? bzw. cos Ö,·./ sind und die in Phase sind. Einer dieser Ausgänge, beispielsweise der Ausgang von der Wicklung 17 wird in einem 90°'Phasenschieber 18 moduliert, so daß er eine Phasendifferenz von 90° aufweist und die Ausgänge des Phasenschiebers 18 und

in der Wicklung 16 werden einer Mischerschaltung 13 zugeführt» die eine phasenmoduliertc Schwingung liefert. Diese Schwingung wird der Impulsformerschal· hing 20 zugeführt, in der sie von einer Sinusschwingung in eine Rechteckschwingung umgeformt wird. Der

ts Ausgang von der Impulsformerschaltung 20 wird einem Phasendifferenz-Impulszähler 22 zugeführt, wenn ein Steuerachsen-Schalter 21 eine vorgegebene Achse auswählt, beispielsweise die X Achse. In diesem Äusführungsbeispiel dienen der Laßemcßtransformator (15, 16 und 17). der 90°-Phasenschieber 18. die Mischerschaltung 19 und die Impulsformerschaltung 20 zur Steuerung der .Y-Achse. Der Phasendifferenz·Impulszähler 22 stellt die Phasendifferenz zwischen der Bezugsphase, dem Ausgang von dem Frequenzteiler 12.

und der Rückführungsphase, dem Ausgang von der Impulsformerschaltung 20 über den Steuerachsenschalter 21 fest und zählt die Ausgangsimpulse von dem Taktoszillator 11 für die vorstehend bestimmte Phasendifferenz Die gezählte Anzahl von Impulsen wird als

J(> Absolutwert gesetzt. Daher stellt in diesem Fall die Phasendifferenz eine absolute Skala mit einer Periode von 2 mm dar und ein Impuls des Ausganges von dem Taktoszillator Π entspricht 0,5 Mikrometer. Fig. 10 stellt die Beziehung zwischen der Bezugsphasen-Schwingungsform oder des Ausganges von dem Frequenzteiler 12. der Rückführungs-Phasenschwin· gungsform oder dem Ausgang von der Impulsformerschaltung 20 und dem Nachbarschafts-Absolutwert oder der Anzahl von Impulsen des Ausganges von dem

•»o Taktoszillator II. die für die Differenz zwischen den vorstehenden Phasen gezählt wurden, dar.

F i g. 11 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform

del. Der Lagemeßtransformator ist allgemein ein Detektor mit einer Periode von 2 mm in dem Millimetersystem oder einer Periode von 0.1 Zoll in dem Zollsystem und er stellt einen Absolutwert innerhalb dieser Periode fest. Zum besseren Verständnis wird zunächst eine Auswerteeinrichtung für den Absolutwert für den Lagemeßtransformator anhand der Fig.9 beschrieben. In Fig.9 bezeichnet die Bezugsziffer Il einen 20-MHz-Taktoszillator, während die Bezugsziffer 12 einen durch 4000 teilenden Frequenzteiler bezeichnender eine Rechteckschwingung von 5 kHz liefert. Die Bezugsziffer 13 bezeichnet ein Filter, das lediglich die Grundschwingung weiterleitet. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Verstärker, während die Bezugsziffer 15 die maßstabseitige Wicklung des Lagemeßtransformators bezeichnet, die üblicherweise an dem festen Teil einer Werkzeugmaschine oder ähnlichem befestig» ist und die Bezugsziffer 15a bezeichnet den maßslabseitigen Erregungsanschluß. Die Bezugsziffern 16 und 17 bezeichnen die schieberseitigen Wicklungen des Lagemeßtransformators, die auf der beweglichen Seite der Werkzeugmaschine oder ähnlichem befestigt sind und die Bezugsziffern 16a und 17a bezeichnen die schieberseitigen Ausgangsanschlüsse. Wenn angenommen wird, daß ein mechanischer Winkel Qu eine Abweichung gitalwandler. der miteinander gekoppelte Dezimalcode-

■»5 scheiben und den Lagemeßtransformator aufweist. In Fig. 11 bezeichnet die Bezugsziffer 31 eine Lagemeß· transformator-Überlragssignal-Generatoreinrichtung. und die Bezugsziffer 32 bezeichnet eine Übertragsbereichs-Einstellschaltung, die den Übertragsbereich eines Lagemeßtransformators festlegt, der an niedrigerer Ordnung verwendet wird. Die Bezugsziffer 33 bezeichne! eine Überlragssignal-Generatorschaltung, die unter Verwendung von Ungleichungen oder ähnlichem feststellt, ob ein Absolutwert, der von dem Phasendiffefenz-Impülszähler in dem Blockschaltbild der Auswerteeinrichtung zur Auswertung des Absolutwertes eines Lagemeßtransformators gemäß F i g. 9 geiieien wird, in einem Bereich eingeschlossen ist. der durch die Übertragsbereich-Einstellschaltung festgelegt wird.

m> oder nicht,_und wenn dieser Wert eingeschlossen ist. wird ein Übertragssignal CrI erzeugt. Obwohl die vorstehend beschriebene Übertragssignal-Generaloreinrichtung 31 durch die Übertragsbereichs-Einstellschahung 32 und die Übertragssignal-Generatorschaltung 33 gebildet ist, kann die Einstellfunktion der Ubertragsbereichs-Einstellschaltung in die Übertragssignal-Generaiorschaltung 33 eingefügt werden. Der Ausgang von der Ubertragssignal-Generaioreinrich-

130 239/294

lung 31, d.h. das Übfcrtragssignal CV2 wird über ein ODER-Verknüpfungsglied 7, eine Verzögerungsschaltting 10 und einen Inverter 8 oder ähnliches jeder logischen Schallung in der Dezimalcodescheiben-Auswcrleschallung zugeführt. In diesem Fall wird das s Überlragssignal Cr 2 jeder logischen Schaltung in der Dezimatcodescheiben-Äuswerleschailung auf Zeilleilungsbasis zugeführt, wobei das Übertragssignal Cr i im Fall einer Dezimalcodescheibe 6n der niedrigsten Ordnung verwendet wird.

Fig. 12 zeigt Schwingungsfofmen an verschiedenen Teilen der logischen Schaltungen in einer Dezimalcodescheiben Auswerteschaltung, wenn der l.agcmeßtrans formator an der niedrigeren Ordnung verwendei wird, wie dies in Fig. M gezeigt ist. In diesem Fall werden die H togischen Schaltungen so betrieben, daß eine Zahntetlung des LagemeQtransformators oder 2 mm einer Ziffer der Dezimalcodescheibe mit höherer Ordnung tntspricht. Entsprechend ist der Absolutwert-Bereich der Dezimalcodescheiben lOmal erweitert, so daß er uiiiiii t/eilagi. ttcii in r ig. ti cmc f.amitciiuiig vun iwei mm des Lagemeßtransformators gleichmäßig in 4000 Teile unterteilt ist. reicht der Absolutwert von 0 bis 3999. Weil die Ausgangsschwingungsform der Dezimalcodescheibe eine Toleranz aufweist, muß das Über Iragssignal Cr2 nicht in dem Bereich von genau der halben Zahnteilung von 2 mm erzeugt werden. Üblicherweise wird das Signal Cr 2 jedoch in dem Bereich der halben Zahnteilung erzeugt, d. h. im Bereich des Absolutwertes, der von 2000 bis 3999 reicht. Die eben erwähnte Toleranz beträgt im idealen Zustand ±0.5 mm. Durch Einstellung dieses Bereiches mit der Übertragsbereich-Einstellschaltung 32 nach Fig. Il lann das Übertragssignal Cr 2 von der Übertragssignal· feneratoreinrichtung 31 erzeugt werden, d.h., es ist möglich, die Dezimalcodescheibe und den Lagemeßiransformator zu koppeln. Wenn die Anzahl der Dezimalcodescheiben vergrößert wird, wird der Bereich des Absolutwertes weiter gedehnt. Weil weiterhin der durch die Übertragsbereichs-Einstellschaltung einge· -40 stellte Bereich im allgemeinen als festgelegt betrachtet werden kann, ist es in der Praxis möglich, bei Verwendung eines Dezimalzählers für den Phasendifferenz-lmDulszähler Iediir!3üh eine Sien.illeitnns vnn Hem lit abzuleiten, das die Bewertung von 2 in der Position -»5 1000 in der Zahl aufweist, die in binärcodierter Dezimalform dargestellt ist, so daß direkt das Cbertragssignal Cr 2 geliefert wird. Wenn in diesem Fall der Ausgang des Phasendifferenz-Impulszählers 22 !wischen 2000 und 3999 liegt, ergibt sich notwendigerweise das Übertragssigna! Cr 2. Wenn andererseits der f hasendifferenz-Impulszähler 22 ein reiner Binärzähler «t, ist es möglich, lediglich eine Signalleitung von dem Zwölften Bit abzuleiten, so daß direkt das Übertragssil»nal £>2 geliefert wird. In diesem Fall wird das Übertragssignal Cr2 in jedem Fall ausgegeben, wenn der Ausgang von dem Phasendifferenz-Impulszähler 22 zwischen 2048 und 3999 liegt In diesem Fall ist der Zahlenwert 2048 der Wert, der dem Bit zwölfter Ordnung zugeordnet ist

Bei diesen beiden Ausführungsformen erfüllen die Funktion des Zählers und die Auswahl der Leitung auf Grund ihrer Kopplung die gleiche Rolle wie die Obertragsbereichs-Einstellschaltung und die Übertragssignal-Generatorschaltung, so daß diese Ausführungsformen als Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betrachtet werden können.

Fig. 13 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen einem Zahlenwert, einem Multiplihationsfaktor und einem Absolutwerlbereich bei jeder Ordnung eines Hybrid-Analojf'Digitalwandlers mit vier Dezimalcodescheiben und einem damit gekoppelten Lagemeßtransformator darstellt. Ein numerischer Ausgangswert des Hybrid-Analog/Digitalwandlers ist durch

(lOMs+IO^+IOc/j + i/j) χ 4000+ c/i

dargestellt und die Einheit dieses numerischen Ausgangswertes ist 0(5 Mikrometer, was einem 4000stel von 2 mm entspricht. Weiterhin sind d\ bis eis die Zahlen auf dem Lagemeßtransformator bzw. den Codescheiben und Dm bedeutet die Dezimalcodescheibe.

Fig. 14 ist eine grafische Darstellung, die die Abtastzeit jeder Ordnung des Hybrid-Analog/Digitalkonverters mit 4 Dezimalcodescheiben und einem damit gekoppelten Lagemeßlransformator zeigt. Weil die Erregungsfrequenz des LagemcOtransformators 5kii/ beträgt, kann der Absolutwert von 2 mm innerhalb cinor Zeit von ungefähr 200 Mikrosekunden gewonnen wcrucn. Weil jedoch die Frequenz der rücfcgefünnen phasenmodulierten Schwingung von der Erregungsfrequenz abweicht, wenn die Werkzeugmaschine in Betrieb ist, so daß sich Fälle ergeben können, bei denen diese Zeit 200 Mikrosekunden mehr oder weniger überschreitet, ist die Abtastzeit des Lagemeßtransformators auf mehr als 200 Mikrosekunden eingestellt, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist. Die Dezimalcodescheiben in den höheren Ordnungen als der Lagemeßtransformator werden von Γι erregt, und die höheren Ordnungen werden während T_t bis F₄ in Digitalformat gebracht. Beispielsweise wird die Abtastung der X-Achse innerhalb von 400 Mikrosekunden durchgeführt. Als Erregungsfrequenz wird in diesem Beispiel 5 kHz gewählt. Weil jedoch in dem System zur Auswertung des Absolutwertes gemäß F i g. 9 höhere Erregungsfrequenzen und Taktfrequenzen als bei dem digitalen Phasenmodulationssystem, das in der numerischen Steuertechnik verwendet wird, verwendet werden können, ist es weiterhin möglich, zusammen mit der schnellen Abtastkapazität der Dezimalcodescheiben einen Absolutwert innerhalb von 200 Mikrosekunden für eine Achse zu gewinnen. Wenn die E regungsfre-ΠΙΙΡΠ7 dp« Ijl£PtnpRlrancfnrmatnrc uprornHprt u/irrf wird die Frequenzabweichung bei in Betrieb befindlicher Maschine verringert, so daß es möglich ist, die richtige Position festzustellen. Weiterhin ist es möglich, eine Abtastung der Dezimalcodescheiben synchron mit der Rückführungsphase durchzuführen, und die Operation mit dem Geschwindigkeitsfehler D kann nach einer bestimmten konstanten Zeit ausgehend von der Rückführungsphase begonnen werden. Hier ergibt sich die Beziehung, daß der Geschwindigkeitsfehler

D=momentaner Befehlswert — tatsächlicher Wert

ist, und der Wert D wird einer Digital/Analogumwandlung unterworfen, um einen Servorntor zu steuern. Wenn die geringste Einheit des momentanen Befehlswertes bei einer Umrißsteuening ausreichend klein ist, wird die Änderung des Geschwindigkeitsfehiers D Verringert, so daß der Motor gut gesteuert werden kanrt-Wenn zusätzlich die Abtastzeit kurz gemacht wird, ist es möglich, eine Steuerung durchzuführen, die verbesserte Nachlaufservoeigenschaften aufweist

Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform, bei dar eine dezimale Anzeige erfolgt und die Figur zeigt die Schwingungsformen an verschiedenen Teilen der

Ii

logischen Sci.altungen in der Dezimalcodescheiben· Auswerteschallung, wenn der Lagemeßsransformator an der niedrigeren Ordnung verwendet wird, wie im Fall der F i g. 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die logischen Schaltungen so betrieben, daß 1 mtti sntsprechend der halben Zahnleilung des Lagemeßtraiisfurmators der Länge für eine Ziffer der Dezimalcodescheibe zusammenfällt. Als Ergebnis entsprechen IO mm, die 5 Zahnteilungen des Lagemeßtransformators entsprechen, einer Umdrehung der Dezimalcodescheibe und der Absolulweflbereich der Dezimalcodescheibe isl lOmal erweitert, so daß er 10 mm beträgt. Entsprechend ist das Übertragssignal Cf 2 so eingestellt, daß es in dem Bereich von 1000 bis 1999 und in dem Bereich von 3000 bis 3999 erzeugt wird.

Fig. 16 ieigi eine schemalische Ansicht eines Mybrid-Analog-Digitalkonverters mit einer Dezimalcodescheibe-Einheii mit einer Vielzahl von Dezimalcode* scheiben und mit einem damit gekoppelten linearen Lagemeßtransformator. Dje Dezimalcqdescheibenein^ fielt kanfi in nichlung "des Fieiies betrieben Werden, so daß sie mit dem Lagemeßtransformator in Phase ist. Im vorstehenden wurden einige Ausführungsbeispiele eines Auswertesystems für einen Hybrid-Analog/DigilaU Wandler mit Dezimalcodescheiben und einem damit gekoppelten Lagemeßtransformator beschrieben. Es kann jedoch auch ein Resolver, eine optische Codiereinrichtung oder ähnliches anstelle des Lagtmeßtransforinators mit den Dezimalcodescheiben gekoppelt werden, um den Absolutwertbereich in genau der gleichen Weise zu erweitern. Die Skala des linearen Lagemeßtransformators isl ein gitterförmiges Magnetisierungsmustar. das durch Aufbringen eines magnetischen Mediums auf einen Maßstabträger und duich Aulzeichnen einer Sinusschwingung mit einer Wellenlänge von 0,2 mm auf dem so gebildeten Magnetfilnv mit Hilfe eines magnetischen Kopfes gebildet wird.

Fig. 17 zeigt schematisch einen Hybrid-Analog/Digiial'A-andlcr mit 4 Dezimalcodescheiben und einem Resolver, die einstückig miteinander zusammengebaut sind. Wenn in diesem Fall eine derartige Ausbildung getroffen wird, daß eine Umdrehung eines zweipoligen Resolvers 2 mrri entspricht, so ist es möglich, einen Absoluiwertbereicih von 20 Metern dadurch zu erreichen, daß er mit vier Dezimalcödescheiben wie in Fig. 17 gekoppelt wird.

Selbstverständlich muß die Codescheibe keine Dezirnalcodeschelbe sein, söndeFn sie Kann auch eine Öktalcodescheibe sein Und in diesem Fall kann eine reine binäre Verarbeitung durchgeführt werden. Weiterhin kann selbstverständlich nicht nur ein linearer Lagemeßtransformator verwendet werden, sondern is lcann auch ein rotierender Lagemeßtrarisformator Anwendung finden.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Auswerteeinrichtung für einen Analog/Digitalwandler, der zumindestens eine eine Anzahl von η Ziffern liefernde elektromagnetische Codiereinrichtung aufweist, wobei η gleich oaer größer als 3 ist, und aufeinanderfolgende zwei Ausgangssignale der die π Ziffern darstellenden π Ausgangssignale 0,1,2, .., /7—1 von der Codiereinrichtung so erzeugt werden, daß sie einander bezüglich des Drehwinkels der Codiereinrichtung überlappen, mit π logischen Schaltungen, die jeweils die logische Operation:

L=I- (Cr- T=T t- CF- /TT)

durchführen, worin /— 1, / und /+ 1 irgendwelche 3 aufeinanderfolgenden Ausgangssignale der π Ausgangssignale von der zumindest einen Codiereinrichtung, Cr 1 ein Übertragssignal, das erzeugt wird, wenn ein Signal, das zu einer Gruppe von größeren Zahlenwerten von Ausgangvsignalen einer weiteren niedriger bewerteten Codiereinrichtung gehört, erscheint av.ö Cr 1 ein invertiertes SIgRu! des Übertragssignals Cr 1 ist. so daß jede der π logischen Schaltungen ein Signal erxeugt, das eine der η Ziffern darstellt und wobei die Gruppe der η logischen Schaltungen in Zeitmultiplexbetrieb aufeinanderfolgend fur alle Codiereinrichtungen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung an der niedrigst bewerteten Ziffernstelle durch einen Absolutstellungs-Wandler (15) einer von dtT zumindestens einen Codiereinri~hiung abweichenden Art gebildet ist. daß der Absolutsiellung-Wandler (15) ein Übertragssignal (Cr 2) erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Absolutstellungs-WanJIcrs in einem vorgegebenen Wertebereich liegt und dai. das Übertragssignal (Cr 2) und das invertierte Übertragssignal (Cr2) des AbsolutstellungsWandlers den π logischen Schallungen auf Zeitleilungsbasi·. zusammen mit dem Übertragssignal (Crt) und dem inveriierten Übertragssignal (Crt) der /.weitniedrigst bewerteten Codiereinrichtung zuführbar ist

2 Ausweriecinnchtiing nach Anspruch l.dadunh gekennzeichnet, daß der Absolutstellungs-Wandler (15) mit einer Übertragsbereichs-F.instellschalfung (32) zur Einstellung des vorgegebenen Wertebereiches und mit einer Übertragssignal-iieneratorschaltung (33) verbunden ist. die auch dem Ausgang der Übertragsbereich-Einstellsch.iltung (52) und das Ausgangssignal des Absoluisiellungs-Wandlers entspricht und das Überiragssignal erzeugt

i Auswerfeinrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß it τ Ahsoliitsielhings Wandler ein linearer I.agemelltr,)nsformator(l5)ist

4 Auswerteeinrichtung nai h Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutstellungs Wandler ein Resolver ist.