DE2930793C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Signalen für die Wegmessung oder Positions­ bestimmung mit einem Impulsgeber, der bei Bewegung eines Rastermaßstabs zwei gegeneinander phasenverschobene Impuls­ folgen gleicher Frequenz erzeugt, die von dem Rastermaßstab überlagerten Störbewegungen beeinflußbar sind.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (DE-AS 18 14 745). Mit dieser Anordnung lassen sich trotz kurzzeitiger Störbe­ wegungen des Rastermaßstabs entgegen der vorgesehenen Bewegungs­ richtung Meßfehler vermeiden. Die bekannte Anordnung enthält mindestens zwei in Reihe angeordnete Torstufen, zwischen denen monostabile Multivibratorstufen angeordnet sind, deren Speicher­ zeiten größer als die Reversierzeit des für die Aufsummierung der Wegimpulse bestimmten Zählers ist. Die monostabilen Multi­ vibratorstufen steuern die zweiten Eingänge der Torstufen und sperren sich gegenseitig. Die Ansprechzeiten der Torstufen sind aufeinander und auf die Impulsdauer der auf die Störbewegungen zurückgehenden Störimpulse abgestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuent­ wickeln, daß der Einfluß von Störsignalen, die von einer weniger als der Hälfte der Teilung des Rastermaßstabs einnehmenden Störbewegung verursacht werden, mit möglichst einfachen Mitteln beseitigt wird. Insbesondere sollen solche Störungen verhindert werden, die auf Pendelungen der Maschine im Bereich der Über­ gänge zwischen verschiedenen Signalpegeln beruhen. Besonders im Stillstand der Maschine können bei eingeschalteter Steuerung kleinste Bewegungen zahlreiche störende Zählsignale erzeugen, wenn sie Flankenwechsel der Ausgangssignale des Impulsgebers hervorrufen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Im­ pulslängen und die Impulspausen der Impulsfolgen gleich oder in etwa gleich groß sind, daß die Impulsfolgen an Eingänge eines Exklusiv-Oder- Glieds gelegt sind, das zeitverzögert die Takteingänge zweier, an ihren Eingängen von je einer der Impulsfolgen beaufschlagten Flipflops speist, deren Ausgangssignale an ein Exklusiv-Oder-Glied gelegt sind, dem eine digital arbeitende Weg- bzw. Positionserfassungseinrichtung nachgeschaltet ist.

Bei Drehrichtungsumkehr bleiben die Flankenrichtungen des Ausgangssignals an der Exklusiv-Oder-Verknüpfung fest der Winkelposition zugeordnet. Die Anordnung eignet sich daher für den Betrieb des Rastermaßstabs in beiden Zählrichtungen, ohne daß eine Einstellung auf die jeweilige Zählrichtung notwendig ist. Deshalb kann der Rastermaßstab, bei dem es sich z. B. um eine Scheibe handelt, entweder auf dem einen oder anderen Ende einer Maschinenwelle angebracht werden. Die Anordnung erzeugt nur eine Art von Zählsignalen. Daher wird kein Vor-, Rückwärtszähler, sondern nur ein für eine Zählrichtung bestimmter Zähler benötigt. Es sind auch keine, den Aufwand erhöhenden Anpassungen von Schaltungsteilen an die Reversierzeit eines Zählers erforderlich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Ausgang des den Flipflops nachgeschalteten Exklusiv-Oder-Glieds mit zwei monostabilen Kippstufen verbunden ist, die je auf eine ansteigende oder abfallende Signalflanke ansprechen und Impulse für die Zählung abgeben. Diese Impulse können auf verschiedene Weise für die Feststellung der Position des Rastermaßstabs ausgenutzt werden.

Vorzugsweise sind die von den monostabilen Kippstufen er­ zeugten Impulse in ODER-Verknüpfung dem Zähleingang eines Zählers zuführbar. Dadurch läßt sich eine Impulsvervierfachung erreichen, d. h. pro Strichteilung des Rastermaßstabs entstehen vier Impulse. Auf diese Weise wird ein höheres Auflösungsver­ mögen erzielt.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind die Impulse der einen monostabilen Kippstufe dem Zähleingang eines Zählers zu­ führbar und die Impulse der anderen monostabilen Kippstufe als Abfragesignale für den Zähler verwendet. Der Zähler wird also immer erst nach einer bestimmten Zeitverzögerung abgefragt, innerhalb der etwaige Einschwing- und Übergangsvorgänge abge­ klungen sind. Störungen durch Signalschwankungen während der Übergänge werden dadurch vermieden. Pro Strichteilung des Raster­ maßstabs ergibt sich eine Impulsverdopplung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale und Vorteile ergeben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zur Erzeugung von Signalen für die Wegmessung oder Positionsbestimmung,

Fig. 2a ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Signalen an verschiedenen Stellen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig. 2b ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Signalen an verschiedenen Stellen der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bei umgekehrter Bewegungsrichtung.

Ein nicht näher dargestellter Rastermaßstab, beispielsweise in Form einer Scheibe, die mit der Welle einer Maschine verbunden ist, enthält Abtastelemente, die einen Impulsgeber 1 bilden, der zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen A, B er­ zeugt, die an Ausgängen 2, 3 verfügbar sind. Beide Impulsfolgen A, B bestehen aus Rechteckimpulsen, die z. B. aus den Signalen der Abtastelemente durch Impulsformung abgeleitet sind. Die Impulsfolgen A, B haben gegeneinander eine Phasenverschiebung von ca. einem Viertel der Impulsperiode. Die Impulsdauern und Impulspausen sind bei beiden Impulsfolgen A, B in etwa gleich lang. Es ist zulässig, von der Idealteilung der Rasterteilung abzuweichen. Bei der Idealteilung entsteht eine Phasenverschie­ bung zwischen den Impulsfolgen von einem Viertel der Impuls­ periode, während die Impulsdauer- zu Impulspausenverhältnis 1 : 1 beträgt. Die Teilung bzw. die nachfolgende Verarbeitung der von der Strichteilung hervorgerufenen Impulse muß aber so eingerichtet sein, daß sich die Impulsflanken in den beiden Kanälen immer abwechseln.

Die Impulsfolgen A, B werden je einem Eingang eines Exklusiv- Oder-Glieds 4 zugeführt, an das eine Verzögerungsschaltung 5 steht mit den Takteingängen zweier D-Flipflops 6, 7 in Ver­ bindung. Das D-Flipflop 6 wird mit positiven Flanken der Signale der Verzögerungsschaltung getaktet. Im Gegensatz da­ zu spricht das D-Flipflop 7 auf negative Flanken an. Der D- Eingang des Flipflops 6 wird von den Signalen der Impulsfolge A beaufschlagt. Dem D-Eingang des Flipflops 7 werden die Signale der Impulsfolge B zugeführt. Die Ausgänge der D-Flipflops 6, 7 speisen jeweils einen Eingang eines weiteren Exklusiv-Oder- Glieds 8, an dessen Ausgang 9 eine Zählimpulsfolge C verfüg­ bar ist.

Die Verzögerungsschaltung 5 braucht nur eine kleine Verzögerung hervorzurufen. Eine Verzögerung des am Ausgang der Schaltung 5 anstehenden Taktsignals T ist notwendig, um die Signale der Impulsfolgen A, B erst dann in die Flipflops 6, 7 einzugeben, wenn die Pegel sich nach den Flankenübergängen stabilisiert haben. Häufig reicht hierfür die von den aktiven und passiven Bauelementen des Exklusiv-Oder-Glieds 3 erzeugte Signalver­ zögerung bereits aus, so daß auf eine eigene Verzögerungsschal­ tung 5 verzichtet werden kann. Das Taktsignal T hat immer dann einen hohen Pegel, der z. B. einer binären "1" zugeordnet sein kann, wenn die Signale der Impulsfolgen A, B unterschiedliche Pegel aufweisen, denen verschiedene binäre Werte entsprechen. Mit der ansteigenden Impulsflanke des Taktsignals T wird der jeweils am D-Eingang anstehende binäre Wert der Impulsfolge A in das Flipflop 6 übernommen. Die Übernahme des am D-Eingang des Flipflops 7 anstehenden Werts der Signalfolge B erfolgt mit der negativen Flanke des Taktsignals T.

An den Ausgängen der Flipflops 6, 7 treten zwei Impulsfolgen D, E auf, die durch das Exklusiv-Oder-Glied 8 verknüpft werden und das Ausgangssignal C ergeben. Das Signal C kann zur Er­ zeugung von kurzen Zählimpulsen C 1 und C 2 ausgenutzt werden, indem zwei monostabile Kippstufen 10, 11 mit dem Anschluß 9 verbunden werden, die jeweils auf die ansteigende oder abfallende Flanke des Signals C ansprechen. Diese Zählimpulse C 1 und C 2 können über ein ODER-Glied einem nicht dargestellten Zähler zugeführt werden, der nur für eine Zählrichtung ausgelegt ist. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Zeitdiagramm von Signalen der in Fig. 1 gezeigten Schaltung sind in Abszissenrichtung die Zeit bzw. der Weg des Rastermaßstabs und in Ordinatenrichtung jeweils für jedes Signal die den binären Werten "0" und "1" entsprechenden Pegel eingetragen. Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß das Signal B gegenüber dem Signal A eine Phasenverschiebung von einer viertel Periode hat. Es sei angenommen, daß zum Zeit­ punkt t ₁ infolge einer der Bewegung des Rastermaßstabs über­ lagerten Schwingung die Signale der Impulsfolgen A und B be­ einflußt werden. Zum Zeitpunkt t ₁ kehrt der Rastermaßstab seine Bewegungsrichtung um. Die Bewegungsrichtung des Rastermaßstabs ist unterhalb der Abszisse durch Pfeile 13 und 14 dargestellt. Die Größe der Bewegung in umgekehrter Richtung soll ¹/₄ der Teilung des Rastermaßstabs betragen. Zum Zeitpunkt t ₂ findet daher eine erneute Umkehr der Bewegungsrichtung statt, wobei sich der Rastermaßstab wieder in der ursprünglichen Richtung fortbewegt.

Zwischen dem Zeitpunkt t ₁ und dem Zeitpunkt t ₂ ändert die Signalfolge A einmal ihren binären Wert von "0" auf "1", während die Signalfolge B den zum Zeitpunkt t ₁ vorhandenen hohen Pegel beibehält, der einer binären "1" entspricht. Die Flanke der Signalfolge A bewirkt eine negativ verlaufende Flanke des Taktsignals T, die jedoch keine Änderung des Inhalts des Flipflops 7 herbeiführt, da das Eingangssignal ebenso wie das gespeicherte Signal beim Flankenwechsel des Taktsignals T einen binären "1" Wert aufweisen. Deshalb bleibt der hohe Pegel am Ausgang des Flipflops 7 erhalten. Zwischen den Zeitpunkten t ₁ und t ₂ herrschen an den Ausgängen des Flipflops 6 und 7 unter­ schiedliche binäre Werte, d. h. das Exklusiv-Oder-Glied 8 gibt eine binäre "1" am Ausgang ab. Da das Signal C zwischen den Zeitpunkten t ₁ und t ₂ keinen Pegelwechsel durchläuft, werden von den monostabilen Kippstufen 10 und 11 keine Zählimpulse C 1 bzw. C 2 erzeugt.

Zum Zeitpunkt t ₃ erreicht der Rastermaßstab diejenige Position, die dieser zum Zeitpunkt t ₁ bereichts eingenommen hatte. Zwischen den Zeitpunkten t ₂ und t ₃ weist die Signalfolge A eine negativ verlaufende Flanke auf, während die Signalfolge B ihren Pegel beibehält. Die negativ verlaufende Flanke der Signalfolge A ruft eine positiv verlaufende Flanke des Taktsignals T hervor, die eine Eingabe des am Ausgang 2 anstehenden Signals in das Flipflop 6 bewirkt. Das Flipflop 6 hat zum Zeitpunkt der Taktung den gleichen Signalpegel gespeichert, der am Eingang ansteht. Das Signal D ändert seinen Pegel bzw. seinen binären Wert des­ halb nicht. Auch das Signal E ändert seinen binären Wert zwischen den Zeitpunkten t ₂ und t ₃ nicht. Es findet demnach auch kein Flankenwechsel des Signals C statt, so daß kein Zählimpuls C 1 oder C 2 entsteht.

Zum Zeitpunkt t ₄ weist die Signalfolge B eine negativ verlaufende Flanke auf, die eine negativ verlaufende Flanke des Taktsignals T erzeugt. Dadurch ergibt sich eine negativ verlaufende Flanke des Signals E, die zu einem Pegelwechsel des Signals C führt. Es entsteht daher ein Zählimpuls C 2. Wenn keine Störbewegung eine Richtungsumkehr des Rastermaßstabs hervorgerufen hätte, wäre dieser Zählimpuls C 2 um ein Achtel der Impulsperiode nach dem Zeitpunkt t ₁ entstanden. Infolge der Störbewegung tritt der Zählimpuls C ₂ ein Achtel nach dem Zeitpunkt t ₃ auf. Die Anzahl der Zählimpulse wird somit trotz der Störbewegung nicht ver­ ändert, d. h. die Störbewegung bewirkt keinen Meßfehler.

Der Fig. 2b ist ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Signale nach Umkehr der Bewegung des Rastermaßstabs dargestellt. Die Umkehr ist durch ein der Signalbezeichnung beigefügtes U ge­ kennzeichnet. Bei umgekehrter Richtung eilt die Signalfolge BU der Signalfolge AU voraus. Das von den Signalfolgen AU und BU abgeleitete Taktsignal TU stimmt bezüglich der Phasenlage und den Signalpegeln mit der Signalfolge T überein. Aufgrund der Phasenverschiebung zwischen den Signalfolgen BU und AU ver­ schieben sich die Flanken um eine viertel Periode. Deshalb nimmt das Signal CU eine um 180° verschiedene Phasenlage im Vergleich zum Signal C an. Auf diese Weise ergibt sich, daß die Zählimpulse C 1 U ebenso wie die Zählimpulse C 1 an den Signal­ flanken der Signalfolge AU bzw. A auftreten. Dies trifft in entsprechender Weise auf die Zählimpulse C 2 U und C 2 zu.

Die Zuordnung der Flanken der Signale C bzw. CU zu der Teilung des Rastermaßstabs ist also gleich, d. h. die Zählimpulse sind unabhängig von der Bewegungsrichtung den gleichen Flanken zu­ geordnet. Der Rastermaßstab arbeitet also in zwei zueinander entgegengesetzten Bewegungsrichtungen einwandfrei, ohne daß eine Anpassung an die Bewegungsrichtung notwendig ist. Dies ist vor­ teilhaft für die Montage, da Einstellarbeiten entfallen.

Die Zählimpulse C 1, C 2 bzw. C 1 U, C 2 U können in ODER-Verknüpfung einem Zähler 15 zugeführt werden. Pro Teilung des Rastermaßstabs stehen demnach 4 Zählimpulse zur Verfügung. Es ist auch möglich, nur die Impulse C 1 bzw. C 1 U dem Zähleingang eines Zählers zu­ zuführen und die Impulse C 2 bzw. C 2 U für die Abfrage des Zählers zu verwenden. Durch die zeitliche Verschiebung zwischen beiden Impulsfolgen liegt beim Auftreten der Impulse C 2 bzw. C 2 U bereits ein stationärer Zählwert vor. Durch Einschwingvorgänge des Zählers hervorgerufene Signaländerungen an den Ausgängen können daher das Zählergebnis bei der Weiterverarbeitung nicht beein­ flussen.

Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung wird zweck­ mäßigerweise bei Registerregelungen eingesetzt, wenn die Er­ fassung der Drehstellung der Maschinenwelle mit einer rotieren­ den Scheibe erfolgt, auf der ein Rastermaßstab mit z. B. 500 Teilungen in jeder Spur pro Umdrehung angebracht ist. Es hat sich gezeigt, daß die bei Druckmaschinen auf die Scheibe übertragenen Störbewegungen klein sind und die Hälfte der üblichen Teilung von Rastermaßstäben nicht überschreiten.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Signalen für die Wegmessung oder Positionsbestimmung mit einem Impulsgeber, der bei Bewegung eines Rastermaßstabs zwei gegeneinander phasenverschobene Impuls­ folgen gleicher Frequenz erzeugt, die von dem Rastermaßstab über­ lagerten Störbewegungen beeinflußbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulslängen und die Impulspausen der Impulsfolgen (A, B) gleich oder in etwa gleich groß sind und daß die Impulsfolgen (A, B) an Eingänge eines Exklusiv-Oder-Glieds (3) gelegt sind, das zeitver­ zögert die Takteingänge zweier, an ihren Eingängen von je einer der Impulsfolgen (A, B) beaufschlagten Flipflops (6, 7) speist, deren Ausgangssignale (D, E) an ein Exklusiv-Oder-Glied (8) gelegt sind, dem eine digital arbeitende Weg- bzw. Positionserfassungseinrichtung nach­ geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (9) des den Flipflops (6, 7) nachgeschalteten Exklusiv-Oder-Glieds (8) mit zwei monostabilen Kippstufen (10, 11) verbunden ist, die je auf eine ansteigende oder abfallende Signalflanke ansprechen und Impulse (C 1, C 2; C 1 U; C 2 U) für die Zählung abgeben.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den monostabilen Kippstufen (10, 11) erzeugten Impulse (C 1, C 2; C 1 U; C 2 U) in ODER-Ver­ knüpfung dem Zähleingang eines Zählers (15) zu­ führbar sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der einen monostabilen Kipp­ stufe (10) dem Zähleingang eines Zählers zu­ führbar und die Impulse der anderen monostabilen Kippstufe als Abfragesignale für den Zähler ver­ wendet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Welle einer Rotationsdruckmaschine ein Rastermaßstab für die Erfassung des Drehwinkels der Welle verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgen (A, B) eine Phasenver­ schiebung von etwa einer viertel Periode haben.