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DE3028703A1 - Position measurement system using phase shifted pulse signals - uses ring counters and computer to reduce counters required - Google Patents

Position measurement system using phase shifted pulse signals - uses ring counters and computer to reduce counters required

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Publication number
DE3028703A1
DE3028703A1 DE19803028703 DE3028703A DE3028703A1 DE 3028703 A1 DE3028703 A1 DE 3028703A1 DE 19803028703 DE19803028703 DE 19803028703 DE 3028703 A DE3028703 A DE 3028703A DE 3028703 A1 DE3028703 A1 DE 3028703A1
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DE
Germany
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counting
computer
pulses
counters
ring counter
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DE19803028703
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German (de)
Inventor
Wolfgang Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Steinbach
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
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    • G—PHYSICS
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Abstract

The design involves minimal expenditure on counters even for a high resolution system and a large measurement displacement. The position values are evaluated by the computer in the control section. The forward and reverse count pulses are fed to separate ring counters of limited capacity. The count positions (2v,Zr) aid null transition carry pulses of the ring counters are fed to a computer which processes them into position values. The ring counters are 8-bit binary counters. Forward and reverse counter pulses are treated as positive and negative respectively by the computer.

Description

Anordnung zur Positionserfassunq für ein verstell-Arrangement for position acquisition for an adjustable

bares Maschinenteil oder dl.bares machine part or dl.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionserfassung für ein verstellbares Maschinenteil oder dgl., beider ein Meßsystem verwendet ist, das mindestens zwei gegeneinander phasenverschobene Meßimpulsfolgen als Meßsignale abgibt, und bei der eine Richtungsfeststelleinrichtung aus diesen Meßsignalen je nach Bewegungsrichtung des Maschinenteils oder dgl. Vorwärts- oder Rückwärtszählimpulse ableitet, aus denen der Positionswert des Maschinenteils oder dgl. ermittelt wird.The invention relates to an arrangement for position detection for a adjustable machine part or the like., Both a measuring system is used, the at least emits two mutually phase-shifted measuring pulse sequences as measuring signals, and in which a direction locking device from these measurement signals depending on the direction of movement of the machine part or the like. Forward or backward counting pulses derived from which the position value of the machine part or the like is determined.

Bekannte Anordnungen dieser Art verwenden Zähler, die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zählen können und denen daher die Vorwärts- und Rückwärtszählimpulse zugeführt werden.Known arrangements of this type use counters that operate in forward and count down direction and therefore the up and down counting pulses are fed.

Die Zählstellung dieses Zählers gibt dann unmittelbar den Positionswert des Maschinenteils oder dgl. an.The counting position of this counter then immediately gives the position value of the machine part or the like.

Bei großen Stellwegen des Maschinenteils oder dgl. und großem Auflösungsvermögen des Meßsystems ergeben sich für diese bekannten Anordnungen aufwendige Zähler.With large travel ranges of the machine part or the like and high resolution of the measuring system, complex counters result for these known arrangements.

Bei der Positionserfassung werden immer mehr Forderungen aufgestellt, so daß man im Steuerungsteil einen Rechner, vorzugsweise einen Mikroprozessor, vorsieht. Mit diesem Rechner können zusätzliche Steuerungsaufgaben, Uberwachungsfunktionen oder dgl. übernommen werden. So läßt sich z.B. die Toleranz für die vorgegebene Position geschwindigkeitsabhängig steuern und die Geschwindigkeit des Maschinenteils oder dgl. vor dem Erreichen der erwünschten Position in vorgegebener Weise reduzieren. Dieser Mikroprozessor ist aber nicht in der Lage, eine Differenzzählung der genannten Art zur Positionserfassung auszuführen.When recording positions, more and more demands are made, so that a computer, preferably a microprocessor, is provided in the control part. With this computer, additional control tasks, monitoring functions or the like. For example, the tolerance for the specified Control the position depending on the speed and the speed of the machine part or the like. Reduce in a predetermined manner before reaching the desired position. However, this microprocessor is not able to count the difference between the above Type to perform position detection.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Positionserfassung eines verstellbaren Maschinenteils oder dgl. zu schaffen, bei der nur ein minimaler Aufwand an Zählern erforderlich ist, auch wenn die Auflösung des Meßsystems und der zu erfassende Stellweg sehr groß sind, und bei der die Ableitung des Positionswertes über den Rechner des Steuerungsteils mit übernommen werden kann.It is the object of the invention to provide an arrangement for position detection An adjustable machine part or the like. To create in which only a minimal Expenditure on counters is required, even if the resolution of the measuring system and the travel to be detected is very large, and for which the derivative of the position value can be taken over via the computer of the control part.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Vorwärts- und Rückwärtszählimpulse getrennten Ringzählern mit begrenzter Zählkapazität zuführbar sind, daß die Zählstellungen dieser Ringzähler, sowie die übertragsimpulse beim Nulldurchgang dieser Ringzähler einem Rechner zuführbar sind und daß dieser Rechner aus den anstehenden Zählstellungen der Ringzähler und der Anzahl der übermittelten und gespeicherten Ubertragsimpulse den Positionswert ermittelt.This object is achieved according to the invention in that the forward and countdown pulses can be fed to separate ring counters with limited counting capacity are that the counting positions of this ring counter, as well as the transmission pulses when Zero crossing of this ring counter can be fed to a computer and that this computer from the pending counting positions of the ring counter and the number of transmitted and stored transmission pulses determine the position value.

Mit Hilfe dieser beiden, in der Zählkapazität beschränkten Ringzählern können mit wenig Aufwand dem Rechner Informationen angeboten werden, aus denen er schnell und einfach den zugeordneten Positionswert ableiten kann. Dabei kann die Impulsfolgefrequenz zur Einstellung der Ringzähler wesentlich größer sein als die Arbeitsfrequenz der im Mikroprozessor enthaltenen Zähler, so daB ein Einsatz der Anordnung auch für Meßsysteme mit hoher Zählgeschwindigkeit und größter Genauigkeit eingesetzt werden kann.With the help of these two ring counters with limited counting capacity information can be offered to the computer with little effort, from which it can quickly and easily derive the assigned position value. The Pulse repetition frequency for setting the ring counter must be significantly greater than that Working frequency of the counters contained in the microprocessor, so that the Arrangement also for measuring systems with high counting speed and highest accuracy can be used.

Eine Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Ringzähler Binärzähler mit 8 Bit verwendet sind. Diese Ringzähler sind im Aufwand klein und bringen doch zum Rechnerzähler eine sehr große Geschwindigkeitsuntersetzung.One embodiment is characterized in that as a ring counter Binary counters with 8 bits are used. These ring counters are small in effort and bring a very large reduction in speed to the computer counter.

Für die Ableitung des Positionswertes ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Zählstellung und die übertraosimpulse des durch die Vorwärtszählimpulse gesteuerten Ringzählers im Rechner positiv und die Zählstellung und die Übertragsimpulse des durch die Rückwärtszählimpulse gesteuerten Ringzählers im Rechner negativ bewertet sind. Dabei ist zudem darauf geachtet, daß ein Ubertragsimpuls im Rechner mit der Zählkapazität der Ringzähler, die vorzugsweise gleich gewählt ist, bewertet ist.For the derivation of the position value, according to one embodiment provided that the counting position and the transfer pulses of the through the counting pulses controlled ring counter in the computer positive and the counting position and the carry pulses of the ring counter controlled by the down counting pulses in the computer evaluated negatively are. It is also ensured that a transmission pulse in the computer with the Counting capacity of the ring counter, which is preferably chosen to be equal, is rated.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann mit wenig Mehraufwand eine Kontrolle der Ableitung der Vorwärts- und Rückwärtszählimpulse dadurch durchgeführt werden, daß aus den Meßsignalen eine Kontroll-Richtungsfeststelleinrichtung unabhängig von der Richtungsfeststelleinrichtuno Vorwärts- und Rückwärtszählimpulse ableitet, daß diese Vorwärts- und Rückwärtsimpulse zwei Kontroll-Ringzählern mit begrenzter Zählkapazität zugeführt sind und daß die Zählstellungen und die übertragsim- pulse dieser Kontroll-Ringzähler als Kontrollsignale dem Rechner zuführbar sind.According to a further embodiment, a Control of the derivation of the forward and backward counting pulses is thereby carried out be that from the measurement signals a control direction detection device is independent derives upward and downward counting pulses from the direction locking device, that these forward and backward pulses two control ring counters with limited Counting capacity are supplied and that the counting positions and the transmission pulse this control ring counter can be fed to the computer as control signals.

Die Fehleranzeige bei unterschiedlichen Ergebnissen in den beiden Zählkreisen läßt sich nach einer Weiterbildung dadurch differenzieren, daß im Rechner die einander entsprechenden Zählstellungen, sowie die übermittelten und gespeicherten Ubertragsimpulse miteinander vergleichbar und auf vorgegebene zulässige Abweichungen überwacht sind. Auf diese Weise kann z.B. eine der gewünschten Position vorgeordnete Position mit hoher Geschwindigkeit bei größerer Toleranz angefahren werden, während für die gewünschte Position eine kleinere Toleranz für den Positionswert vorgegeben werden kann. Dazu ist dann ergänzend vorgesehen, daß die zulässigen Abweichungen nach Größe der Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenteils oder dgl. vorgebbar sind.The error display in the case of different results in the two Counting circles can be differentiated according to a further development that in the computer the corresponding counting positions, as well as the transmitted and stored ones Transmission pulses are comparable with one another and for specified permissible deviations are monitored. In this way, for example, a position can be placed in front of the desired position Position can be approached at high speed with greater tolerance while a smaller tolerance for the position value is specified for the desired position can be. For this purpose, it is then additionally provided that the permissible deviations According to the size of the speed of movement of the machine part or the like. Can be specified.

Die Erfindung wird anhand eines Blockschaltbildes näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of a block diagram.

Das Meßsystem MS kann optisch oder magnetisch arbeiten. Dies ist für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung. Damit anhand der als Impulsfolge abgegebenen Meßsignale auch die Richtung der Bewegung des Maschinenteils oder dgl. erkannt werden kann, werden vom Meßsystem in bekannter Weise zwei Meßsignale S1 und S2 abgegeben, die z.B. um 900 gegeneinander phasenverschoben sind. Aus der zeitlichen Folge der Flankenübergänge der als Rechteckimpulse ausgebildeten Meßimpulse der Meßsignale S1 und S2 und der räumlichen Anordnung der zugeordneten Meßfühler läßt sich mit der Richtungsfeststelleinrichtung VR die Richtung der Bewegung des Maschinenteils oder dgl. ermitteln. Die Richtungsfeststelleinrichtung VR gibt daher je nach Bewegungsrichtung des Maschinenteils oder dgl.The measuring system MS can work optically or magnetically. This is for does not matter to the present invention. So using the as a pulse train output measurement signals also the direction of movement of the machine part or the like. can be recognized, two measurement signals S1 and S2, which are phase shifted by 900 with respect to one another, for example. From the temporal Result of the edge transitions of the measuring pulses formed as square-wave pulses Measurement signals S1 and S2 and the spatial arrangement of the associated sensors the direction of movement of the machine part with the direction locking device VR or the like. The direction locking device VR therefore gives depending on the direction of movement of the machine part or the like.

Vorwärtszählimpulse i oder Rückwärtszählimpulse i ab. Die v r Impulsfolge dieser Zählimpulse hängt von der Geschwindigkeit der Verstellbewegung und von dem Auflösungsvermögen des Meßsystems MS ab. Jeder Zählimpuls entspricht dem Positionswert 1 und damit der kleinsten Maßeinheit des PleBsystems MS.Up counting pulses i or down counting pulses i. The v r pulse train this counting pulse depends on the speed of the adjustment movement and on the Resolving power of the measuring system MS. Each counting pulse corresponds to the position value 1 and thus the smallest unit of measurement in the PleB system MS.

Die Vorwärtsimpulse i werden dem Ringzähler VZ zugeführt, v der als Binärzähler mit 8 Bit eine beschränkte Zählkapazität von 256 aufweist. Dieser Ringzähler VZ wird durch die Vorwärts impulse i kontinuierlich umlaufend weitergeschalv tet, wobei bei jedem vollen Durchlauf ein übertragsimpuls i.. abgegeben wird.The forward pulses i are fed to the ring counter VZ, v as 8-bit binary counter has a limited counting capacity of 256. This ring counter VZ is continuously switched on by the forward impulses i, whereby a transmission pulse i .. is emitted with each full cycle.

uv In gleicher Weise werden die Rückwärtszählimpulse ir dem getrennten Ringzähler RZ zugeführt, der mit 8 Bit ebenfalls auf die Zählkapazität von 256 beschränkt ist. Der Ringzähler RZ gibt nach jedem vollen Durchlauf einen übertragsimpuls iüz uz an den Rechner R ab. uv In the same way, the countdown pulses are separated in the Ring counter RZ supplied, which is also limited to the counting capacity of 256 with 8 bits is. The ring counter RZ emits a transfer pulse iüz after each full cycle uz to the computer R.

Außerdem geben die beiden Ringzähler VZ und RZ ihre Zählstellungen zv und zr an den Rechner R weiter. Im Rechner R werden die Zählstellung zv und die mit der Zählkapazität multiplizierten übertragsimpulse iuv des Ringzählers VZ positiv uv bewertet, während die Zählstellung z r und die mit der Zählkapazität multiplizierten übertrags impulse i.. des Ringzählers ur RZ negativ bewertet werden. Durch eine Addition ergibt sich dann daraus sofort der Positionswert des Maschinenteils oder dgl. auf einen Bezugspunkt bezogen. Der Positionswert kann dabei selbst positiv oder negativ sein und kennzeichnet die Stellung vor oder nach dem Bezugspunkt. Der vom Rechner R ermittelte Positionswert p kann zur Steuerung verwendet und zusätzlich übereine Positionsanzeige PA angezeigt werden.In addition, the two ring counters VZ and RZ give their counting positions zv and zr to the computer R on. In the computer R, the counting position zv and the with the counting capacity multiplied transmission pulses iuv of the ring counter VZ positive uv evaluated, while the counting position z r and that multiplied by the counting capacity transmission pulses i .. of the ring counter ur RZ are evaluated negatively. By a Addition then immediately results in the position value of the machine part or Like. Related to a reference point. The position value can itself be positive or negative and indicates the position before or after the reference point. Of the The position value p determined by the computer R can be used for control and additionally are displayed via a position indicator PA.

Wie das Blockschaltbild erkennen läßt, kann ein zweiter Auswertekanal mit der Kontroll-Richtungsfeststelleinrichtung VR' und den Kontroll-Ringzählern VZ' und RZ' vorgesehen sein. Die Kontroll-Richtungsfeststelleinrichtung VR' wird in gleicher Weise von den Ileßsignalen S1 und S2 des Meßsystems MS angesteuert und gibt getrennt Vorwärtszählimpulse i ' und Rückv wärtszählimpulse ir' ab. Diese Kontrollzählimpulse schalten die Kontroll-Ringzähler VZ' und RZ' getrennt weiter. Die Zählstellungen z Zvg und z ' und die übertragsimpulse i.. und i..As the block diagram shows, a second evaluation channel with the control direction locking device VR 'and the control ring counters VZ 'and RZ' can be provided. The control direction locking device VR 'is driven in the same way by the Ileßsignalen S1 and S2 of the measuring system MS and outputs up counting pulses i 'and down counting pulses ir' separately. These control counts the control ring counters VZ 'and RZ' advance separately. The counting positions z Zvg and z 'and the transmission pulses i .. and i ..

v r uv ur werden dem Rechner R zugeführt, der sie mit den entsprechenden Zählstellungen z und z und den Ubertragsimpulsen i.. v r uv ur are fed to the computer R, which they use with the corresponding Counting positions z and z and the carry pulses i ..

v r uv und i.. des ersten Auswertekanals vergleichen kann. Dabei ur kann für diese Vergleiche eine zulässige Abweichung vorgegeben werden, die sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Verstellung des Maschinenteils oder dgl. auch ändern kann. Dem Rechner R sind entsprechende Daten eingegeben. can compare v r uv and i .. of the first evaluation channel. Included Only a permissible deviation can be specified for these comparisons, which is depending on the speed of adjustment of the machine part or Like. Can also change. Corresponding data have been entered into the computer R.

Es bleibt noch zu erwähnen, daß die erfindungsgemäBe Anordnung auch für Meßsysteme eingesetzt werden kann, die mehr als zwei phasenverschobene Meßsignale abgeben. Die Richtungsfeststelleinrichtungen VR und VR' sind dazu als entsprechende Logikschaltungen ausgelegt, die aus dem zeitlichen Ablauf der Meßsignale die Richtung der Verstellbewegung ableiten.It remains to be mentioned that the arrangement according to the invention also can be used for measurement systems that have more than two phase-shifted measurement signals hand over. The direction locking devices VR and VR 'are to this as corresponding Logic circuits designed, the direction from the timing of the measurement signals derive the adjustment movement.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (8)

Ansprüche: Anordnung zur Positionserfassung für ein verstellbares Maschinenteil oder dgl., bei der ein Meßsystem verwendet ist, das mindestens zwei aegeneinander phasenver--schobene MeBimpulsfolgen als Meßsignale abgibt, und bei der eine Richtungsfeststelleinrichtung aus diesen Meßsignalen je nach Bewegungsrichtung des Maschinenteils oder dgl. Vorwärts- oder Rückwärtszählimpulse ableitet, aus denen der Positionswert des Maschinenteils oder dgl. ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daB die Vorwärts- und Rückwärtszählimpulse (iv,ir) getrennten Ringzählern (VZ,RZ) mit begrenzter Zählkapazität zuführbar sind, daß die Zählstellungen (zv, Zr) dieser Ringzähler (VZ, RZ), sowie die übertragsimpulse (tüv, iür) beim Nulluv ur durchgang dieser Ringzähler (VZ, RZ) einem Rechner (R) zuführbar sind und daß dieser Rechner (R) aus den anstehenden Zählstellungen (zv, Z ) der Ringzähler (VZ, RZ) und der Anzahl der übermittelten und gespeicherten übertragsimtulse (iüv, iür) den Positionswert (p) ermittelt. Claims: arrangement for position detection for an adjustable Machine part or the like. In which a measuring system is used, the at least two emits phase-shifted measuring pulse sequences as measuring signals, and at the one direction locking device from these measurement signals depending on the direction of movement of the machine part or the like. Forward or backward counting pulses derived from which the position value of the machine part or the like is determined, characterized in that that the up and down counting pulses (iv, ir) separate ring counters (VZ, RZ) with limited counting capacity can be supplied that the counting positions (zv, Zr) of this Ring counter (VZ, RZ), as well as the transmission pulses (tüv, iür) at the zero uur passage this ring counter (VZ, RZ) can be fed to a computer (R) and that this computer (R) from the pending counting positions (zv, Z) the ring counter (VZ, RZ) and the Number of transmitted and stored transmission pulses (iüv, iür) the position value (p) determined. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rinozähler (VZ, RZ) Binärzähler mit 8 Bit verwendet sind. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that as a Rino counter (VZ, RZ) binary counters with 8 bits are used. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstellung (zv) und die Ubertragsimpulse (iüv) des durch die Vorwärtszählimpulse (iv) gesteuerten Ring- zählers (VZ) im Rechner (R) positiv und die Zählstellung (zr) und die übertragsimpulse (iür) des durch die Rückwärtszählimpulse (i ) gesteuerten Ringzählers (RZ) im Rechner (R) negativ bewertet sind. 3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the Counting position (zv) and the carry-over pulses (iüv) of the by the up-counting pulses (iv) controlled ring counter (VZ) in the computer (R) positive and the Counting position (zr) and the transmission pulses (iür) of the down counting pulses (i) controlled ring counter (RZ) in the computer (R) are evaluated negatively. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein übertragsimpulse (iüv, iüz) im Rechner (R) mit der Zählkapazität (z.B. 256) der Ringzähler (VZ, RZ), die vorzugsweise gleich gewählt ist, bewertet ist.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that a transmission pulse (iüv, iüz) in the computer (R) with the counting capacity (e.g. 256) the ring counter (VZ, RZ), which is preferably chosen to be the same, is rated. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßsignalen (S1, S2) einer Kontroll-Richtungsfeststelleinrichtung (VR') unabhängig von der Richtungsfeststelleinrichtung (VR) Vorwärts- und Rückwärtszählimpulse (iv', ir') ableitet, daß diese Vorwärts- und Rückwärtsimpulse (iv', 1r') zwei Kontroll-Ringzählern (VZ', RZ') mit begrenzter Zählkapazität zugeführt sind und daß die Zählstellungen (Zv', Zr') und die übertragsimpulse (iüv', iür') dieser Kontroll-Ringzähler (VZ', RZ') als Kontrollsignale dem Rechner (R) zuführbar sind.5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that from the measurement signals (S1, S2) of a control direction locking device (VR ') independent of the direction locking device (VR) up and down counting pulses (iv ', ir') deduces that these forward and reverse pulses (iv ', 1r') are two control ring counters (VZ ', RZ') are supplied with limited counting capacity and that the counting positions (Zv ', Zr') and the transmission pulses (iüv ', iür') of this control ring counter (VZ ', RZ ') can be fed to the computer (R) as control signals. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rechner (R) die einander entsprechenden Zählstellunoen (zv und zv', zr und zr'), sowie die übermittelten und gespeicherten übertragsimpulse (iüv und iüv', iür und iür') miteinander vergleichbar und auf vorgegebene zulässige Abweichungen überwacht sind.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the computer (R) the corresponding counting positions (zv and zv ', zr and zr'), as well as the transmitted and stored transmission pulses (iüv and iüv ', iür and iür') with each other are comparable and monitored for specified permissible deviations. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch crekennzeichnet, daß die zulässigen Abweichungen nach Größe der Bewegungsoeschwindigkeit des Maschinenteils oder dgl. vorgebbar sind.7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the allowable Deviations according to the size of the movement speed of the machine part or the like. are specifiable. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Rechner (R) ein Mikroprozessor eingesetzt ist.8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that that a microprocessor is used as the computer (R).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3213046C1 (en) * 1982-03-15 1988-10-20 Maag-Zahnräder & -Maschinen AG, 8023 Zürich Position detection arrangement for multi-axis measuring systems

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