CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A CYCLIC ABSOLUTE POSITION MEASURING SYSTEM

Abstract: 1. Circuit arrangement for a cyclically absolute measuring system comprising a position sensing transformer for determining the relative position of two parts which can be moved with respect to one another, with a digital sine/cosine generator which supplies pulse-width-modulated rectangular voltages for the sine and cosine windings of the position sensing transformer, at the output windings of which an alternating voltage is picked up which is supplied via filters to a detector which generates, for zero calibration, a calibration signal from the amplitudes of this alternating voltage which signal is supplied to a pulse and signal generator which supplies pulses for correcting the digital sine/cosine generator, characterized in that a test generator (17) is provided which, during continuous measurement, interrupts the control loop for the zero calibration during a short test period, at the same time supplies at least one signal (AB, BD) to the digital sine/cosine generator (5) which leads to a predetermined deviation from the instantaneous position, and in that a fault analysis logic (22) is provided which samples the calibration signal produced by the deviation in the detector (11) and outputs a fault signal when the calibration signal drops below and/or exceeds fixed signal levels.

Description: Schaltungsanordnung für ein zyklisch absolutes Lagemesssystem Stand der Technik Zur genauen Messung der relativen Lage zweier zueinander beweglicher Teile werden häufig Lagemessiransformatoren wie zum Beispiel Resolver oder unter dem Warenzeichen Inductosyn bekannte Lagemesssysteme verwendet. Zur Auswertung des Lagesignales werden hierbei digitale Verfahren mit Umsetzern eingesetzt. Ein solches Verfahren, das nach einer Amplitudenmethode, gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 arbeitet, wird in den deutschen Auslegenschriften 1 762 408, 1 956 881 und 2 048 427 beschrieben. Hierbei erfolgt ein Nullabgleich in einem RegelkreisJder StörimpulseJdie auf den Lagemesstransformator oder deren Zuleitungen gelangen, weitgehend auszugleichen vermag. Werden die in der Lage zu messenden Teile nicht oder nur langsam bewegt, wird durch den Regelkreis das Ausgangssignal des Lagemesstransformators auf Null gehalten, während sich bei schnelleren Bewegungen ein Ausgangssignal ergibt, das angenähert einem Schleppfehler des Antriebes für diesen Teil entspricht. Dieses Verfahren ist gegenüber Störungsimpulsen weitgehend unempfindlich. Ein Drahtbruch, ein Kurzschluss oder ein Schluss mit anderen spannungsführenden Teilen im Lagemesstransformator, dessen Zuleitungen oder den elektronischen Bauteilen kann jedoch nicht ausgeschlossen werden. Durch derartige Fehler können sich falsche Lagemesswertsignale ergeben, die insbesondere wenn diese Signale zum Steuern dieser Teile verwendet werden, zu Gefährdungen von Personen oder Material führen können. In diesen Fällen ist häufig eine Oberwachung erforderlich, die derartige Fehler erkennt, anzeigt und/oder die Gefahrdung, zum Beispiel durch ein schnelles Stillsetzen ausschliesst oder gering hält. Während bei anderen Lagemessverfahren häufig die Ausgangssignale des Lagemesswertgebers überwacht werden, inwieweit diese eine Fehlergrenze überschreiten, ist dies bei dem hier verwendeten Verfahren wenig sinnvoll, da die am häufigsten zu erwartenden Fehler zu einem Ausgangssignal Null führen und bei abgeglichenem Regelkreis einer intakten Schaltung dieses Signal gleichfalls auf Null gehalten wird. Da ein Nullsignal dem üblicherweise gefahrlosen Stillstandssignal entspricht, können falsche oder gefährliche Bewegungen durch einen Fehler der ein Nullsignal hervorruft, nicht erkannt werden. Auch eine redundante Anordnung mit einem gleichen zweiten Lagemesssystem, deren Ausgangsspannungen sich ständig gegenseitig überwachen, bringt neben einem hohen Aufwand und grossen Anordnungsschwierigkeiten meist nicht den gewünschten Erfolg, da im Fehlerfall mit einer Nullausgangsspannung ein Fehler erst zu erkennen ist, wenn die gefahrbringende Bewegung schon eingesetzt hat. Aufgabe und Lösung Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ohne wesentlichen Mehraufwand einen Test beziehungsweise eine Oberwachung der Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. zu ermöglichen, die weitgehend alle möglichen Einzel fehler der Schaltungsanordnung erfasst. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daB ein Testgenerator vorgesehen ist, der bei laufender Messung während eines kurzen Testzeitraumes den Regelkreis für den Nullabgleich unterbricht, gleichzeitig dem Digital-Sinus-Kosinus-Generato.r zumindest ein Signal zuführt, das zu einer vorgegebenen Abweichung von der augenblicklichen Position führt und dass eine Fehlerauswertlogik vorgesehen ist, die das durch die Abweichung im Detektor entstehende Abgleichsignal abfragt und bei unter- und/oder überschreiten festgelegter Signalpegel ein Fehlersignal ausgibt. Um auch Fehler erfassen zu können die zu einem Ausgangssignal führen das dem Testausgangssignal entspricht, kann in Weiterbildung der Erfindung dem Digital-Sinus-Kosinus-Generator während eines ersten Testzeitraumes ein Signal zugeführt werden, das einer vorgegebenen Abweichung in der einen Richtung entspricht und während eines zweiten Testzeitraumes eine gleichgrosse Abweichung in der anderen Richtung hervorruft. Wird die Lage der zueinander beweglichen Teile verändert, entsteht ein Abgleichsignal zur Nachstellung des Digital-Sinus-Kosinus-Generators. Diese Nachstellung wird während des Tests kurzzeitig unterbrochen. Um nun insbesondere bei grossen Verstellgeschwindigkeiten keine grösseren Abweichungen zu erhalten, kann eine Speicherschaltung vorgesehen werden, in welcher der letzte Wert des Abgleichsignals vor einer Testunterbrechung gespeichert wird, wobei über eine Umschalteinrichtung dieser gespeicherte Wert während des Testes dem Regelkreis zugeführt wird. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung lässt sich in besonders vorteilhafter Weise in prozessorgesteuerten numerischen Werkzeugmaschinensteuerungen verwenden, bei der die Stellung des Lagemesstransformators zyklisch abgefragt wird und nach jeder derartigen Abfrage der Testgenerator, durch das Abfragesingal angestossen, einen Testzyklus ver anlasst. Nach jedem Test kann dann ein längerer Zeitabschnitt bis zur nächsten Abfrage folgen, in dem der Regelkreis erforderlichenfalls die Nachstellung des Digital-Sinus-Kosinus-Generators durch führt. Je nach Anwendungsfall kann der Test in so kurzen Zeitabständen, zum Beispiel direkt nach dem Einschalten der Anlage und danach fortlaufend erfolgen, wobei ein Fehler im Lagemesstransformator, deren Zuleitungen und der Auswertelektronik so rechtzeitig erfasst wird, dass eine gefährliche Bewegung rechtzeitig unterbunden werden kann. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt Fig. 1 das Blockschaltbild für ein Lagemesssystem einer numerischen Steuerung, Fig. 2 das Schaltbild eines Testgenerators, Fig. 3 den Kurvenverlauf der Abgleichspannung für den Regel kreis, Fig. 4 eine Umschaltlogik zur Verstimmung des Sinus-Kosinus Generators und Fig. 5 einen Speicherkreis für das Abgleichsignal und eine Schaltung zur Auswertung der Testsignale. In Fig. 1 ist ein Lagemesstransformator 1 dargestellt, der sowohl ein Resolver als auch ein unter dem Warenzeichen Inductosyn bekannter Lagewertgeber sein kann, dessen Stellung in einer numerischen Steuerung 2 ausgewertet wird. Hierzu werden - in an sich bekannter Weise - die Sinus- und Kosinus-Windungen 3 und 4 des Lagemesstransformators 1 mit impulsbreitenmodulierten Rechteckimpulsen beaufschlagt, die in einem Sinus-Kosinus-Generator 5 erzeugt werden. Die Erzeugung erfolgt mit Hilfe von Zähistufen, die von einem hochfrequenten Taktgeber 6 und Impulsen aus einem Impuls- und Signal-Generator 7 unterschiedlich getaktet werden. Ober die unterschiedlichen Zählerstände der Zählstufen werden unterschiedlich breite Impulse gleicher Frequenz erzeugt, die von den Windungen 3 und 4 auf die Ausgangswindungen 8 transformiert werden. Die Ausgangssignale 9 gelangen über einen Filter 10 auf einen Detektor 11, wobei der Filter 10 im wesentlichen nur die Grundwelle mit gleicher Frequenz durchlässt und hinter dem Filter 10 eine Wechselspannung mit konstanter Frequenz, jedoch unterschiedlichen Amplituden entsteht. Die Amplituden werden zu Null, wenn die im Sinus-Kosinus-Generator 5 erzeugten Signale einem elektrischen Stellungswert entsprechen, der bei der momentanen Lage der Windungen3 und 4 zu den Ausgangswindungen 8 zu einem Nullwert in der Grundwelle führen. Im Detektor 11 wird eine der Amplituden der Wechselspannung entsprechende Abgleichspannung erzeugt, die über eine Leitung 12 und eine elektronische Umschaltstufe 13 dem Impuls- und Signal-Generator 7 zugeführt wird. Dieser Generator 7 erzeugt Impulse deren Frequenz von der Grösse der Ablgeichspannung abhängig ist und Richtungssignale die von der Polung der Abgleichspannung abhängen. Der Aufbau der einzelnen Stufen 1 bis 11 kann hierbei entsprechend der in den deutschen Auslegeschriften 1 762 408, 1 956 881, 2 048 427 oder 2 205 364 angegebenen Weise erfolgen, wobei - wie dort gleichfalls ausgeführt - ein Referenzimpulszähler 14 vorgesehen ist, der gleichfalls vom Taktgeber 6 getaktet wird und durch Zählstufenvergleich mit den Zählstufen im Sinus-Kosinusgenerator 5, der gemäss Fig. 1 in der Steuerung 2 erfolgt, Stellungssignale erstellt werden. Die Stellungssignale werden in der Steuerung 2 verarbeitet und/oder in einer Stellungsanzeige 15 angezeigt. Aus dem Referenzimpulszähler 14 kann - wie gleichfalls bekannt - über die Leitung 16 eine mit der Wechselspannung aus dem Filter 10 phasengleiche Impulsspannung abgegriffen sein, die im Detektor 11 dazu dient, die Polung der zweiten Halbwelle der Wechselspannung jeweils umzudrehen, so dass je nach Abweichrichtung nur positive oder negative Halbwellen entstehen. In vielen Fällen, vor allem wenn die Lagemessung zur Steuerung einer Bewegung benutzt wird, die mit einer gleichartigen Bewegung 18 der Windungen 3 und 4 verknüpft ist, wird eine Fehlerüberwachung erforderlich die verhindert, dass im Fehlerfall eine falsche Lage eingenommen oder eine für Material oder Personen gefahrbringende Bewegung erfolgt. Eine Oberwachung des Ausgangssignales 9, das zur Erzeugung des Abgleichsignals dient, ist unzureichend, da im abgeglichenen Zustand dieses Signal zu Null wird und daher nicht mehr feststellbar ist, ob der geschlossene Messkreis noch in Ordnung ist und bei den am häufigsten zu erwartenden Fehlern durch Unterbrechungen oder einen Kurzschluss das Ausgangssignal gleichfalls zu Null wird. Erfindungsgemäss erfolgt die Fehlerüberwachung mit Hilfe eines Testgenerators 17 der, während eines kurzen Testzeitraumes, über die Leitungen 19, 20 Signale dem Sinus-Kosinus-Generator 5 zuführt, durch die dieser jeweils um einen festgelegten 3etrag verstimmt wird. Hierdurch verändern sich schlagartig die Impulsbreiten der Ausgangssignale für die Windungen 3 und 4 n einer Weise, dass sich nach Transformation auf die Windungen 8 hinter dem Filter 10 eine Wechselspannung mit vorgegebener Amplitude ergibt. Entsprechend dieser Amplitude wird im Detektor 11 eine Abgleichspannung erzeugt, die über eine Leitung 21 einer Testlogik 22 zugeführt wird. Gleichzeitig erhält die Testlogik 21 vom Testgenerator 17 über die Leitung 23 einen Testimpuls, welcher die Testlogik veranlasst dieses Signal zu überprüfen und im Falle einer falschen Abgleichspannung ein Fehlersignal zu liefern, das über die Leitung 24 der Steuerung 2 zugeführt wird. Damit durch das während der Testzeit erzeugte Abgleichsignal kein Abgleich der Verstimmung im Sinus-Kosinus-Generator 5 erfolgt, liefert der Testgenerator 17 während der Testzeit ein Umschaltsignal über die Leitung 25 an die Umschaltstufe 13 und trennt hierbei den Regelkreis auf, so dass das Abgleichsignal über die Leitung 12 nicht nehr an den Impuls- und Signal-Generator 7 gelangen kann. Obwohl die Testzeit sehr kurz gehalten werden kann, wird bei schnellen Bewegungen 18 durch den während der Testzeit fehlenden Abgleich eine Verstimmung entstehen können, die nach Abschluss der Testzeit ausgeglichen werden muss und zu einer Unruhe im Regelkreis bzw. Schwingungen führen kann. Um dies zu vermeiden ist ein Speicher 26 vorgesehen, der zu Beginn der Testzeit durch einen Impuls aus dem Testgenerator über die Leitung 27 veranlasst wird, den letzten Wert der Abgleichspannung aus dem Detektor zu speichern. Der gespeicherte Wert wird dann über die Leitung 28 dem Umschalter 13 zugeführt, der während der Testzeit diesen Wert dem Impuls- und Signal Generator 7 zuführt. Hierdurch erfolgt auch während der Testzeit ein Abgleich, wobei lediglich Geschwindigkeitsänderungen während der Test zeit unberücksichtigt bleiben. Jeder Testzyklus kann durch Anstossen des Testgenerators 17 mit einem Impuls erfolgen der synchron nach dem Aus lesen der Messdaten erfolgt, z.B. mit der Rückflanke des Ausleseimpulses. der über die Leitung 31 an den Testgenerator 17 gelangt. In Fig. 1 ist die Lagemessung einer numerischen Steuerung für nur eine Achse dargestellt. Sind mehrere Achsen mit Lagemesstransformatoren 1 vorhanden, kann der Taktgeber 6, der Referenzimpulszähler 14, der Test generator 17 auch für die weiteren Achsen verwendet sein. Das Fehler signal kann dann einem Fehlerregister zugeführt sein, über das eine Anzeige möglich ist, die erkennen lässt, welche der Achsen einen Fehler in der Lagemessung aufweist. Die Steuerung 2 kann einen Prozessor ent halten der in bekannter Weise zyklisch, zum Beispiel alle 8 ms Zähler stände des Referenzzählers und eines Zählers im Sinus-Kosinus-Generator vom Datenbus 29 und 30 abfragt und aus der Differenz der beiden Zähler stände die Stellung der entsprechenden Achse ermittelt. Der Testgenerator kann mit einem JK-Flipp-Flopp und vier D-Flipp-Flopps gemäss Fig. 2 aufgebaut sein, wobei durch einen an alle Flipp-Flopps an die R-Eingänge über den Anschluss 40 angelegten Clear-Impuls sicher gestellt wird, dass sich diese im nicht gesetzten Ausgangszustand befinden. Während an den Takt-Eingang des JK-Flipp-Flopps 41 die vom Prozessor der Steuerung 2 erzeugten Ausleseimpulse geführt sind, liegt an allen vier D-Flipp-Flopps 42, 43, 44 und 45 eine 2 kHz Rechteck Impulsspannung, die dem Referenzimpulszähler 14 entnommen sein kann und an den Anschluss 46 geführt ist. Die Q-Ausgänge der Flipp-Flopps 41, 42, 43 und 44 liegen jeweils am D-Eingang des nächsten Flipp-Flopps. Hierdurch bleiben alle D-Flipp-Flopps 42 bis 45 auch nach Ende des Clear-Impulses gesperrt. Gelangt nun eine Ausleseimpuls. über den Anschluss 47 auf den Takteingang des JK-Flipp-Flopps 41 wird dies gesetzt, wobei es über seinen Q-Ausgang das D-Flipp-Flopp 42 vorbereitet, das dann mit der nächsten positiven Flanke des 2 kHz-Signals gleichfalls gesetzt wird und hierdurch das nächste Flipp-Flopp vorbereitet. So werden durch das 2 kHz-Signal der Reihe nach alle 0,5 ms das nachfolgende D-Flipp Flopp gesetzt. Mit dem Setzen des letzten D-Flipp-Flopps 45 gelangt über dessen Q-Ausgang ein Impuls über ein NOR-Giied 48 an den R Eingang des JK-Flipp-Flopps 41 und setzt dieses zurück. Ober den zweiten, negierten Eingang des NOR-Gliedes 48 wird der zuvor beschriebene Clear-Impuls vom Eingang 40 gleichfalls diesem R-Eingang zugeführt. So erfolgt durch das Setzen des D-Flipp-Flopps 45 ein Rücksetzen des JK-Flipp-Flopps 41 und hierdurch nach Eintreffen der nächsten positiven Flanke des 2 kHz-Signales ein Rücksetzen des D-Flipp-Flopps 42 und hierdurch der Reihe nach auch ein Rücksetzen der übrigen D-Flipp-Flopps 43 bis 45. Die Q-Ausgänge 49, 50 und 51 der D-Flipp-Flopps 42, 43, 44 liefern die Testimpulsspannungen für die zum Test umzuschaltenden oder zu tastenden Stufen 13, 22, 26 und können auch der Verstimmung des Sinus-Kosinus-Generators 5 dienen. Bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt eine Verstimmung von jeweils + und - 900 -elektrisch, wozu zwei weitere Testimpulsspannungen verwendet werden, die je einem UND-Glied 52 und 53 entnommen werden. Das UND-Glied 52 liegt mit einem Eingang am Q-Ausgang 49 des D-Flipp Flopps 42 und ein zweiter Eingang liegt am 4Ausgang des nächsten D Flipp-Flopps 43. Die Eingänge des zweiten UND-Gliedes 53 liegen jeweils am Q-Ausgang 50 und am Ausgang des nächsten Flipp-Flopps 44. So entstehen nach Beginn jedes Testzyklus drei jeweils um 0,5 ms versetzte Impulse Test A, B und C mit 2 ms Dauer und ein Testimpuls AB mit o,5 ms zu Beginn des Testimpulses A am UND-Glied 52, dem ein am UND-Glied 53 anliegender 0,5 ms-Impuls Bt folgt. Zur Erläuterung der Testabläufe soll die Fig. 3 dienen, in welcher die Abgleichspannungen dargestellt sind, die am Ausgang des Detektors 11 anliegen. Erfolgt ein über die Leitung 31 (Fig. 1) am Anschluss 47 des Testgenerators liegende Anstossimpuls zum Zeitpunkt t 1, wird innerhalb von 0,5 ms der Testimpuls A zusammen mit dem Testimpuls AB in t 2 begonnen. Mit dem Testimpuls AW erfolgt eine Umschaltung im Sinus-Kosinus-Generator 5 um -900 elektrisch, wodurch die Abgleichspannung auf einen positiven Maximalwert 54 ansteigt. 0,5 ms später, mit Beginn des Testimpulses B zum Zeitpunkt t 3, erfolgt ein Abtasten dieses positiven Maximalwerts in der Testlogik 22 und gleichzeitig mit Beginn des Testimpulses BC eine Umschaltung auf eine + 900-Verstimmung, durch welche die Abgleichspannung auf einen negativen Maximalwert 55 umspringt. Weitere o,5 ms später mit t 4 erfolgt ein Abtasten dieses negativen Maximalwertes in der Testlogik 22 über die Vorderflanke des Testimpulses C. Da gleichzeitig der Testimpuls BC hier endet, wird auch die Verstimmung rückgängig gemacht. Nach lms zum Zeitpunkt t 5 ist mit dem Ende des Testimpulses A der Test abgeschlossen und die Abgleichspannung hat sich auf den zum Testbeginn anliegenden Wert 56 eingestellt. Die Einstellung auf diesen Wert - der sich je nach Bewegungsrichtung (18) und Bewegungsgeschwindigkeit in Polung und Grösse ändert - erfolgt, da durch Anlegen des Testimpulses A an den Umschalter 13 während des ganzen Testzyklus der in einer Sample & Hold-Schaltung im Speicher 26 festgehaltene Wert den Kosinus Sinus-Generator weiter nachgleicht, je nach dem welche Bewegung (18) zu Beginn der Testzeit bei t 2 registriert wurde. Erfolgt der Testbeginn zum Beispiel während eines Abbremsvorganges von maximaler Geschwindigkeit auf Null, kann sich die Abgleichspannung entsprechend 57 laufend ändern, wobei durch den Testzyklus ein Fehler entsteht, der sich wie nach t 5' dargestellt rasch ausgleicht und sich nicht auf die Steuerung auswirkt, da der nächste Ausleseimpuls erst ca 6 ms später eintrifft. Die Abgleichspannung 56 ist üblicherweise wesentlich geringer als die Spannung bei einer 900-Verstimmung, da der Aufbau des MeS- und Nachregelkreises so gewählt ist, dass man im linearen Bereich der Abgleichkurve arbeitet, die einer Sinuskurve entspricht. So kann im Impuls- und Signal generator 7 ein linear arbeitender Spannungs- Frequenzwandl er verwendet werden, mit dem Impulse mit einer Frequenz erzeugt werden, die linear der Abweichung (Schleppfehler) auch bei grossen Geschwindigkeiten der Bewegung (18) entsprechen. Eine + 900-Verstimmung des Sinus-Kosinus-Generators lässt sich in einfacher Weise durch eine entsprechende Umschaltung der impulsbreitenmodulierten Signale für die Windungen 3 und 4 erzielen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Hier sind zwei gleichartig aufgebaute integrierte Bausteine 60 und 61 dargestellt, wie sie als Selektor/Multi- plexer z.B. unter der Bezeichnung 74 LS 157 auf dem Markt erhältlich sind. Sie ermöglichen eine elektronische Umschaltung, wobei vier Ausgänge wahlweise an zwei verschiedenen der 8 Eingänge gelegt werden können. Die beiden Bausteine 60, 61 sind derart hintereinander geschaltet, dass ohne Schaltspannung am Strobe-Anschluss S und S' die ersten Eingänge a, b, c, d über durchgeschaltete Verbindungen der beiden Bausteine an den Ausgängen a', b', c', d' liegen. Der erste und der zweite Eingang a und b ist zusätzlich über je einen Negator 62 und 63 an je einen weiteren Eingang 64, 65 des ersten Bausteins 60 geführt der mit einer Schaitspannung an S jeweils mit dem Ausgang 66, 67 verbunden ist, der über den zweiten Baustein 61 jeweils am Ausgang c' bzw. d' liegt. Auch die beiden anderen Eingänge c bzw. d sind über Leitungen 68 bzw. 69 an zwei weitere Eingänge 70 bzw. 71 geführt, die bei anliegender Schaltspannung an S über den zweiten Baustein 61 an den Ausgängen a' bzw. b' liegen. Der in Reihe hierzu liegende zweite Baustein ist in gleicher Weise beschaltet, wobei jedoch hier anstelle der direkten Leitungsverbindungen 68, 69 je ein weiterer Negator 72 und 73 zwischengeschaltet ist und die Negatoren 62 und 63 durch eine direkte Verbindung ersetzt sind. Bei geschlossenem Regelkreis liegt zwischen den Eingängen a und b das impulsmodulierte Signal für die Sinuswindungen 3 und zwischen den Eingängen c und d das Signal für die Kosinuswindungen 4 an. Diese Signale sind über die beiden Bausteine direkt mit den Ausgängen a', b', c' d' verbunden, wobei die zwischen a' und b' liegenden Signale einem Endverstärker für die Sinuswindungen und die zwischen den Ausgängen c' und d' liegenden Signale einem weiteren Endverstärker für die Kosinuswindungen zugeführt werden. Am Strobe-Eingang S des ersten Bausteins 60 liegen die Testimpulse AW gemäss Fig. 2 und am Strobe-Eingang S' des zweiten Bausteins 61 die Testimpuls BF. Solange kein Testimpuls anliegt, erfolgt keine Beeinflussung der impulsmodulierten Signale bzw. der Schaltung. Während eines Testimpulses AW schaltet der Baustein 60 um und legt die Sinus-Signale negiert an die Kosinus Windungen 4 und die Kosinus-Signale an die Sinus-Windungen. Hierdurch erfolgt eine Umschaltung des Sinus-Kosinus-Generators um -90 elektrisch, was einer extremen Plus-Abweichung des beweglichen Teiles entspricht, wobei im Detektor 11 eine positive Maximalspannung entsteht um diese vermeindliche Abweichung auszugleichen. Wird nach o,5 ms der Testimpuls AW zurückgestellt und der Testimpuls BC an S' angelegt, gelangen an die Sinuswindungen 3 über den Endverstärker die negierten Kosinus-Signale und an die Kosinuswindungen 4 die Sinus-Signale. Dies entspricht einer Umschaltung um +900 elektrisch und es entsteht eine maximale negative Abgleichspannung um den Messwert zurückzustellen. In Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung für die Stufen 13, 26 , 22 gemäss Fig. 1 dargestellt. Die Stufen 13 und 26 sind hier in einem Baustein 80 zusammengefasst, der aus einem marktüblichen Sample & BR< Hold-Baustein z.B. SMP-1lFY bestehen kann. Der Eingang 81 dieses Bausteins liegt am Ausgang 82 des Detektors 11, der die Abgleichspannung gemäss Fig. 3 führt. Solange am zweiten Eingang 83 des Bausteins 80 kein Testimpuls A (gemäss Fig. 2) anliegt, wird die Abgleichspannung unverändert vom Ausgang 84 dieses Bausteins zum Impuls- und Signalgenerator 7 geführt, der je nach Polung Richtungssignale und je nach Grösse Impulse mit entsprechender Frequenz erzeugt. Liegt am Eingang 83 ein Testimpuls A an, wird der Eingang 81 gesperrt und ein Ausgangssignal abgegeben, das dem Signal entspricht, das bei der Sperrung angelegen hat, wozu ein Hold-Kondensator 65 dient. Das Abgleichsignal gelangt vom Ausgang 82 des Detektors 11 über Leitungen 86 weiterhin an den Minuseingang 87 eines ersten Komparators 89 und den Pluseingang 88 eines zweiten Komparators 90 einer Testlogik (22). Am Pluseingang des Komparators 89 liegt eine + Referenzgleichspannung während an dem Minuseingang des Komparators 90 eine -Referenzgleichspannung 92 geführt ist. Die Referenzgleichspannungen 91 und 92 sind derart gewählt, dass bis zu einem jeweils vorgegebenen + Extremwert der Abgleichspannung die Ausgänge beider Komparatoren 89 und 90 eine Spannung aufweisen, die annähernd den Wert des positiven Anschlusses 93 der Versorgungsspannung entspricht. Diese Ausgänge liegen jeweils an einem Spannungsteiler 94, 95 deren anderes Ende mit dem Plus der Versorgungsspannung (93) verbunden ist. Am Abgriff dieser Spannungsteiler liegt jeweils ein - durch eine Diode 96, 97 vor grösseren negativen Spannungen geschützter - D-Eingang 98, 99 zweier D-Flipp-Flopps 100, 101. An dem Takt-Eingang 102 des ersten D-Flipp-Flopps 100 ist der Testimpuls B und an dem Takt-Eingang 103 des D-Flipp-Flopps 101 der Testimpuls C geführt. Die Vorderflanken dieser Testimpulse B oder C können die D-Flipp-Flopps 100 oder 101 jederzeit setzen, solange die Eingänge 98, 99 positiv beaufschlagt bleiben. Liegt am Eingang 87 des Komparators 89 ein positiver Extremwert der Abgleichspannung an, welcher gröBer als der Wert der + Referenzspannung 91 ist, springt der Ausgang des Komparators auf einen negativen Wert um und sperrt hierbei den D-Eingang 98; Das gleiche erfolgt beim Komparator 90, wenn an dessen + Eingang 88 ein negativer Extremwert anliegt. Da im Testgenerator gemäss Fig. 2 sichergestellt ist, dass die Umschaltung gemäss Fig. 4 jeweils o,5 ms vor der Vorderflanke der Impulse B bzw. C liegt, und das jeweilige Zurückschalten erst mit diesen Vorderflanken erfolgt, können bei fehlerfreiem Betrieb die Vorderflanken kein Setzen der D-Flipp-Flopps 100 oder 101 bewirken. Die so ständig positiven n-Ausgänge können den Eingängen eines NAND-Gliedes 104 zugeführt sein, das bei Fehlen einer positiven Eingangsspannung am negierten Ausgang 105 ein Fehlersignal liefert. Das Zurücksetzen der D-Flipp-Flopps 100 oder 101 kann durch einen Impuls über die Leitung 106 erfolgen, wenn sichergestellt ist, dass der Fehler behoben ist, z.B. nach erneutem Einschalten der Anlage. Ist es erforderlich, können z.B. mit Hilfe von retriggerbaren Ze-,t- gliedern, zusätzlich die Testimpulse B und C auf Vorhandensein überwacht werden, wobei ein Fehlen dieser Impulse gleichfalls zu einem Fehlersignal führt. Das Abgleichsignal gemäss Fig. 3 wird in einem Detektor 11 gewonnen der zwei Operationsverstärker enthält, zwischen denen ein elektronischer Analogschalter angeordnet ist. Der Analogschalter schaltet den zweiten Operationsverstärker bzw. dessen Eingangssignale derart um, dass sich einmal eine Verstärkung von +1, umgeschaltet eine Verstärkung von -1 ergibt. Der vorgeschaltete Operationsverstärker ermöglicht über eine Verstärkungseinstellung eine Optimierung des Regelkreises. Die Extremwerte bei der Testverstimmung liegen hierbei im Sättigungsbereich der Operationsverstärker, so dass sich keine Einschwingzeiten bei diesen Extremwerten ergeben, und eine ausgängliche Abgleichspannung keinen Einfluss auf diese Extremwerte hat. Je nach den Anforderungen, den verwendeten integrierten Bausteinen und der Aufgabe der Oberwachung, lässt sich die erfindungsgemässe Schaltung in vielfacher Weise verändern. So ist es z.B. möglich, den Detektor 11 mit den Extremwerten nicht in den Sättigungsbereich zu steuern, um so von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängige Testamplituden der Abgleichspannung zu erhalten. Durch eine entsprechende Einstellung der Referenzgleichspannungen 91 und 92 lässt sich dann ein Fehlersignal erzeugen, sobald die Bewegung eine Grenzgeschwindigkeit überschreitet.

Claims: Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung für ein zyklisch absolutes Messsystem mit einem Lagemesstransformator zur Bestimmung der relativen Lage zweier zueinander beweglichen Teile mit einem Digital-Sinus- Kosinus-Generator der impulsbreitenmodulierte Recnteck spannungen für die Sinus- und Kosinuswindungen des Lage messtransformators liefert, an dessen Ausgangswindungen eine Wechselspannung abgegriffen wird, die über Filter einem De tektor zugeführt ist, der zum Nullabgleich über ein Abgleich signal aus den Amplituden dieser Wechselspannung erzeugt, das einem Impuls- und Signal-Generator zugeführt ist der Im pulse zur Nachstellung des Digital-Sinus-Kosinus-Generators liefert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Testgenerator (17) vorgesehen ist, der bei laufender Messung während eines kurzen Testzeitraumes den Regelkreis für den Nullabgleich unterbricht, gleichzeitig dem Digital-Sinus-Kosinus-Gene rator (57 zumindest ein Signal (AB, BD) zuführt, das zu einer vorgegebenen Abweichung von der augenblicklichen Posi tion führt, und dass eine Fehlerauswertlogik (22) vorgesehen ist, die das durch die Abweichung im Detektor (11) ent stehende Abgleichsignal abfragt und bei unter- und/oder überschreiten festgelegter Signalpegel ein Fehlersignal ausgibt. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Digital-Sinus-Kosinus-Generator (5) während eines ersten Testzeitraumes ein Signal (AS) zugeführt wird, das zu einer vorgegebenen Abweichung in einer Richtung führt und während eines zweiten Testzeitraumes ein Signal (BIt) zuge führt wird, das eine gleichgrosse Abweichung in der anderen Richtung bewirkt. 3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2; da durch gekennzeichnet, dass der Detektor (11) eine Speicher schaltung (26) aufweist, in welcher der letzte Wert des Ab gleichsignales vor einer Unterbrechung des Regelkreises ge speichert wird, und eine Umschalteinrichtung (13) vorgesehen ist, die während des Testzeitraumes dem Regelkreis den ge speicherten Wert des Abgleichsignales anstelle des während des Tesizeitraumes anliegenden Abgleichsignales zuführt. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 da durch gekennzeichnet, dass dem Digital-Sinus-Kosinus-Gene rator (5) zyklisch während eines ersten Testzeitraumes ein Signal (AB) zugeführt ist, das eine Abweichung von + 900 elektrisch bewirkt, anschliessend während eines zweiten an nähernd gleichlangen Testzeitraumes ein Signal (BIt) zuge führt ist, das zu einer Abweichung von -900 elektrisch führt, und die Fehlerauswertlogi (22) das entsprechende Abgleichsignal dahingehend überwacht, inwieweit dies in ein vorgegebenes Spannungs-Zeit-Schema passt. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 da durch gekennzeichnet, dass eine Verstimmung des Sinus Kosinus-Generators (5) um + 900 elektrisch durch Um schalten der impulsbreitenmodulierten Signale des Sinus Kosinus-Generators (5) erfolgt, wobei das Signal für die Sinuswindungen (3) während des Testzeitraumes an die Kosinuswindungen (4) gelegt wird und gleichzeitig das Signal für die Kosinuswindungen (4) invertiert den Sinus windungen (3) zugeführt wird. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 da durch gekennzeichnet, dass eine Verstimmung des Sinus-Kosi nus-Generators (5) um900 elektrisch durch Umscnalten der impulsbreitenmodulierten Signale des Sinus-Kosinus-Gene rators (5) erfolgt, wobei das Signal für die Kosinuswin dungen (4) während des Testzeitraumes an die Sinuswindungen (3) gelegt wird und gleichzeitig das Signal für die Sinus windungen (3) invertiert den Kosinuswindungen (4) zugeführt wird. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6 da durch gekennzeichnet, dass über einen ersten Testimpuls (AS) eine Umschaltstufe (60) eine Verstimmung von 900 elek trisch in der einen Richtung und über einen hieran an schliessenden zweiten Testimpuls (BIt) eine zweite Umschalt stufe (61) eine Verstimmung in der anderen Richtung durch führt, die in Reihe liegenden Umschaltstufen (60, 61) in nichtgeschaltetem Zustand die Sinuseingänge mit den Sinus ausgängen und die Kosinuseingänge mit den Kosinusausgängen verbinden und bei anliegendem Testimpuls die Umschalt stufen (60, 61) eine entsprechende überkreuzschaltung vor nehmen, wobei in jeder Umschaltstufe Inverter (62, 63, 72, 73) vorgesehen sind die entweder das Sinus- oder das Kosinus Signal invertieren. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für eine numerische Steuerung mit zumindest einem Prozessor für eine oder mehrere Maschinenachsen mit Lagemesstrans formatoren, dadurch gekennzeichnet, dass der Digital Sinus-Kosinus-Generator (5) in an sich bekannter Weise mit Zählstufen aufgebaut ist und einen für alle Achsen gemeinsamen Referenzzähler (14) enthält, die Abfrage der Zähler zyklisch durch den Prozessor erfolgt, der die Zählerstände vergleicht und aus dem Vergleich der Diffe renzen der Zählerstände die Stellung des Lagemesstransfor mators ermittelt, der Prozessor nach jeder Abfrage den Testgenerator (17) anstösst, der einen Testzyklus veran lasst, und nach Abschluss des Testzyklus ein längerer Zeit abschnitt bis zur nächsten Abfrage der Zählerstände durch den Prozessor vorgesehen ist, in dem der Regelkreis eine Nachstellung des Digital-Sinus-Kosinus-Generators (5) bewirkt. 9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 da durch gekennzeicnnet, dass unmittelbar vor einem Ansteuern der zueinander beweglichen Teile ein Testzyklus erfolgt und im Fehlerfall ein Fehlersignal ausgegeben wird, das die Ansteuerung der beweglichen Teile verhindert. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Einschalten der Anlage unabhängig von einer Ansteuerung der zueinander beweglichen Teile ein Test erfolgt und der Test laufend in derart kurzen Zeitabständen wiederholt wird, in denen nur kleine Bewe gungsabläufe möglich sind.

Inventors: MEISTER, WERNER, ING. GRAD., SAUL, GERT, ING. GRAD.
Applicants: ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1983
Main classification: G01D5
IPC codes: G01D5, G05B19, H03M1