DE3417016C1

DE3417016C1 - Method for determining the position and speed of objects

Info

Publication number: DE3417016C1
Application number: DE19843417016
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. Preibisch; Norbert Dr.-Ing. 8000 München Sebald; Hans-Georg Prof. Dr. Stäblein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-09
Filing date: 1984-05-09
Publication date: 1985-12-05

Abstract

In such a method, the actual positional values of an object relative to the other object is measured by an incremental position-measuring device (C). The periodic phase-offset analog signals (S1, S2) supplied by the position-measuring device (C) are fed to a downstream evaluation device (W). An interpolation table for the actual positional values is stored in the form of a sine table and a cosine table in a memory of a computer (R) of the evaluation device (W). The periodic analog signals (S1, S2) are digitised in the evaluation device (W), and the digital values are standardised by the computer (R) for the purpose of assignment to the interpolation table. The actual speed values of the relatively movable objects are calculated from in each case two actual positional values obtained from the interpolation table and from a clock pulse present in the evaluation device (W) (Figure 3). <IMAGE>

Description

In der europäischen Patentanmeldung 81105191.1 (Veröffentlichungsnummer: 0046 180) ist eine Positioniereinrichtung mit einem Lageregelkreis beschrieben, bei der die Lageistwerte eines relativ beweglichen Maschinenteils von einer inkrementalen Meßeinrichtung gemessen werden. Aus den gemessenen Lageistwerten und einem vorhandenen Zeittakt werden von einem Rechner der Positioniereinrichtung die Geschwindigkeitsistwerte des beweglichen Maschinenteils ermittelt. Diese Positioniereinrichtung ist wesentlich einfacher und erheblich betriebssicherer aufgebaut, da ein geschlossener Geschwindigkeitsregelkreis mit einem Tachogenerator nicht mehr erforderlich ist. In European patent application 81105191.1 (publication number: 0046 180) describes a positioning device with a position control loop, in which the actual position values of a relatively movable machine part are different from an incremental one Measuring device are measured. From the measured actual position values and an existing time cycle are from a computer of the positioning device Actual speed values of the moving machine part are determined. This positioning device is much simpler and much more reliable because it is closed Speed control loop with a tachometer generator is no longer required.

Bei derartigen Positioniereinrichtungen werden für Längen- oder Winkelmessungen von relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen wegen zahlreicher Vorteile in ständig steigendem Umfang hochpräzise Inkrementalmeßteilungen eingesetzt. Die lnkrementalmeßtechnik wirft aber Probleme auf, die bislang noch nicht oder nicht gut gelöst sind. Vor allem reichte bisher selbst bei den besten Meßteilungen die erzielbare Lageauflösung des relativ beweglichen Maschinenteils nicht dazu aus, die Geschwindigkeitsistwerte des Maschinenteils aus zeitlich aufeinander folgenden Lagemessungen immer mit genügender Sicherheit zu bestimmen, so daß die Einhaltung vorgegebener Regeltoleranzen nicht immer gewährleistet war. Such positioning devices are used for length or angle measurements of machine parts that can move relative to one another because of numerous advantages in Highly precise incremental graduations are used to an ever increasing extent. Incremental measuring technology but raises problems that have not yet been solved or not well solved. before All in all, the achievable positional resolution was sufficient up to now even with the best graduations of the relatively moving machine part does not take into account the actual speed values of the machine part from successive position measurements always with sufficient Determine security so that compliance with specified control tolerances is not was always guaranteed.

Bei einer lichtelektrischen inkrementalen Längenmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage beispielsweise eines Schlittens bezüglich eines Betts einer Bearbeitungsmaschine, wird die Teilung eines Maßstabs, der mit dem Schlitten verbunden ist, von einer mit dem Bett verbundenen Abtasteinheit abgetastet. Die Abtasteinheit weist zu diesem Zweck eine Beleuchtungseinheit, eine Abtastplatte mit beispielsweise zwei Abtastfeldern, deren Teilungen um ein Viertel der Teilungsperiode der Teilung des Maßstabs zueinander versetzt sind und mit der Teilung des Maßstabs exakt übereinstimmen, sowie zwei Photoelemente auf, die jeweils einem Abtastfeld zugeordnet sind. Die gleichartigen Teilungen der Abtastfelder und des Maßstabs bestehen beim Durchlichtmeßverfahren aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Streifen mit einer Längserstreckung quer zur Meßrichtung, die in Meßrichtung (Längserstreckung des Maßstabs) alternierend aufeinander folgen. Der Lichtstrom der Beleuchtungseinheit, der die Teilungen des Maßstabs und der Abtastfelder der Abtastplatte durchsetzt und anschließend auf die beiden Photoelemente fällt, wird bei der Relativbewegung des Schlittens bezüglich des Betts an den Teilungen des Maßstabs und der Abtastplatte moduliert, so daß die beiden jeweils einem Abtastfeld zugeordneten Photoelemente zwei periodische, um ein Viertel der Teilungsperiode der Teilung des Maßstabs zueinander phasenversetzte elektrische Analogsignale liefern. Das sinusförmige Analogsignal und das cosinusförmige Analogsignal mit gleicher Periodizität werden einer Auswerteeinrichtung zur Bildung von Positionsmeßwerten zugeführt. Der Phasenversatz zwischen den beiden periodischen Analogsignalen erlaubt die Aussage über die Bewegungsrichtung. With a photoelectric incremental length measuring device for Measurement of the relative position of, for example, a slide with respect to a bed Processing machine, the division is a scale that is connected to the slide is scanned by a scanning unit connected to the bed. The scanning unit has for this purpose a lighting unit, a scanning plate with for example two scanning fields, the divisions of which by a quarter of the division period of the division of the scale are offset from one another and exactly match the division of the scale, as well as two photo elements, which are each assigned to a scanning field. the Similar divisions of the scanning fields and the scale exist in the transmitted light measuring method made of translucent and opaque strips with a longitudinal extension across the measuring direction, alternating in the measuring direction (longitudinal extension of the scale) follow one another. The luminous flux of the lighting unit that divides the Scales and the scanning fields of the scanning plate penetrated and then on the falls both photo elements, is with respect to the relative movement of the carriage of the bed is modulated at the divisions of the scale and the scanning plate, so that the two photo elements each assigned to a scanning field, two periodic to a quarter of the division period of the division of the scale offset from one another in phase deliver electrical analog signals. The sinusoidal analog signal and the cosinusoidal Analog signals with the same periodicity are used to form an evaluation device supplied by position measurement values. The phase offset between the two periodic ones Analog signals allow a statement about the direction of movement.

Die Periode der gewonnenen Analogsignale wird durch die Teilungsperiode (Gitterkonstante) der Teilung des Maßstabs bestimmt. Die Teilungsperiode der Teilung wird durch die identischen Breiten eines lichtdurchlässigen Streifens und eines lichtundurchlässigen Streifens in Meßrichtung gebildet. Bei der Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit und dem Maßstab wird jede abgetastete Teilungsperiode der Teilung des Maßstabs durch einen Zählimpuls erfaßt und kann als Positionsmeßwert einer Steuerungseinrichtung oder einer Anzeigeeinheit zugeführt werden. The period of the obtained analog signals is determined by the division period (Grid constant) of the division of the scale is determined. The division period of the division is characterized by the identical widths of a translucent strip and a opaque strip formed in the measuring direction. With the relative movement between the scanning unit and the scale is every scanned graduation period the division of the scale is recorded by a counting pulse and can be used as a measured position value a control device or a display unit.

Weiterhin sind Meßeinrichtungen bekannt, die dreieckförmige oder trapezförmige Abtastsignale liefern. Furthermore, measuring devices are known, the triangular or deliver trapezoidal scanning signals.

Eine zunächst noch grobe Lageinformation erhält man aus dem vorzeichenrichtigen Abzählen der Nulldurchgänge des Sinussignals und des Cosinussignals. Eine verfeinerte Lageinformation über die aktuelle Position des relativ beweglichen Maschinenteils ist jedoch dann möglich, wenn die momentanen Amplituden des Sinussignals und des Cosinussignals in bekannter Weise zu einer sogenannten Interpolation herangezogen werden. Ein Wertepaar der momentanen Amplituden des Sinussignals und des Cosinussignals legt innerhalb einer Teilungsperiode der beiden Analogsignale den Lageistwert (Ortswert) des Maschinenteils eindeutig fest. Dabei sind der Auflösung des Ortswertes vom Prinzip her keine Grenzen gesetzt, wohl aber der Genauigkeit des Ortswertes. An initially rough position information is obtained from the correct sign Counting the zero crossings of the sine signal and the cosine signal. A refined one Location information about the current position of the relatively movable machine part is possible, however, if the instantaneous amplitudes of the sinusoidal signal and the The cosine signal is used in a known manner for what is known as an interpolation will. A value pair of the current amplitudes of the sine signal and the cosine signal sets the actual position value (local value) within a division period of the two analog signals of the machine part clearly fixed. The principle is the resolution of the local value No limits are set here, but the accuracy of the local value is.

Eine derartige lnterpolationseinrichtung ist beispielsweise in der DE-OS 27 29 697 beschrieben. In der DE-OS 30 24 716 werden vor der Durchführung einer derartigen Interpolation bei fehlerhaften Signalparametern der Analogsignale durch integrierte Detektoren aus den Analogsignalen Korrekturwerte ermittelt, mit denen die Digitalwerte der Analogsignale beaufschlagt werden.Such an interpolation device is for example in the DE-OS 27 29 697 described. In DE-OS 30 24 716 before implementation such an interpolation in the case of incorrect signal parameters of the analog signals Correction values are determined from the analog signals by integrated detectors, with to which the digital values of the analog signals are applied.

Die Ermittlung des Ortswertes aus den momentanen Amplituden des Sinussignals und des Cosinussignals erfordert gewisse Rechenoperationen, die zweckmäßig von einem Digitalrechner vorgenommen werden. Dieser Digitalrechner kann außer den Ortswerten auch die Geschwindigkeitswerte des beweglichen Maschinenteils aus aufeinanderfolgenden Ortswerten und einem Zeittakt berechnen. Damit kommen nun natürlich Fragen der Stellenzahl der berechneten Ortswerte und Geschwindigkeitswerte ins Spiel, die für die Güte der Positionierung des Maschinenteils von großer Bedeutung sein können. The determination of the local value from the current amplitudes of the sinusoidal signal and the cosine signal requires certain arithmetic operations, which are expediently carried out by a Digital computer can be made. In addition to the local values, this digital computer can also the speed values of the moving machine part from successive ones Calculate local values and a time cycle. This of course brings questions about the number of digits the calculated location values and speed values come into play, which are essential for the quality the positioning of the machine part can be of great importance.

Die zwischen der Abtastung der Teilung des Maßstabs und der Ausgabe der vom Rechner ermittelten Ortswerte liegende Zeitspanne bedeutet innerhalb des Lageregelkreises eine Totzeit, die im Interesse einer optimalen Regelung möglichst klein gehalten werden muß. Das bedeutet, daß alle Rechenoperationen zeitsparend auszuführen sind und daß langwierige Rechenoperationen möglichst vermieden werden müssen Aus der Druckschrift »Digitale Lagemeßtechnik« 1974, Seiten 78-79 ist es bereits bekannt, zur Erzeugung oberwellenarmer Sinusschwingungen aus einem Festwertspeicher seriell diskrete Amplitudenwerte in digitaler Darstellung aus einer Sinus- und Kosinustabelle abzufragen und mittels eines Digital-/Analog-Umsetzers in analoge Spannungen umzuwandeln. The one between the scanning of the division of the scale and the output the time span of the local values determined by the computer means within the Position control loop has a dead time, in the interests of optimal control as possible must be kept small. This means that all arithmetic operations are time-saving are to be carried out and that lengthy arithmetic operations are avoided as far as possible It is from the publication "Digitale Lagemeßtechnik" 1974, pages 78-79 already known for generating low-harmonic sinusoidal oscillations from a read-only memory serial discrete amplitude values in digital representation from a sine and cosine table to be queried and converted into analog voltages using a digital / analog converter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Lage und Geschwindigkeit von relativ zueinander beweglichen Objekten anzugeben, mit dem eine schnellere und genauere Positionierung dieser Objekte ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The invention is based on the object of a method for determining indicate the position and speed of objects that can move relative to one another, with which a faster and more precise positioning of these objects is made possible. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of the claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die vorgeschlagenen Maßnahmen die Lageistwerte eines Maschinenteils mit größerer Schnelligkeit und höherer Auflösung ohne wesentlichen Rechenaufwand durch einen Rechner zur Verfügung stehen, aus denen unmittelbar die Geschwindigkeitsistwerte des Maschinenteils berechnet werden können. Durch Vergleich dieser Geschwindigkeitsistwerte mit vorgegebenen Geschwindigkeitssollwerten wird eine schnellere und genauere Positionierung für ein Masche nenteil erzielt Da die Geschwindigkeitsistwerte direkt aus den Lageistwerten ermittelt werden, können fehlerbehaftete Geschwindigkeitsistwerte nicht mehr auftreten, die zu Positionierfehlern, zu einer Gefährdung der Bedienungsperson sowie zu einer Beschädigung eines zu bearbeitenden Werkstücks führen können. The advantages achieved with the invention are in particular: that through the proposed measures the actual position values of a machine part with greater speed and higher resolution without significant computational effort a computer is available from which the actual speed values are obtained directly of the machine part can be calculated. By comparing these actual speed values with specified speed setpoints will be faster and more precise positioning for a mesh part is achieved because the actual speed values can be determined directly from the actual position values, faulty actual speed values can be used no longer occur that lead to positioning errors, to a hazard for the operator as well as damage a workpiece to be machined.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer numerisch gesteuerten Drehmaschine, F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Positioniereinrichtung, F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung, F i g. 4 ein Diagramm zweier periodischer Analogsignale und F i g. 5 den Aufbau einer Interpolationstabelle. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing explained. It shows F i g. 1 is a schematic representation of a numerically controlled Lathe, F i g. 2 shows a block diagram of a positioning device, FIG. 3 shows a block diagram of an evaluation device, FIG. 4 is a diagram of two periodic Analog signals and F i g. 5 the structure of an interpolation table.

In F i g. 1 ist in vereinfachter schematischer Darstellung eine numerisch gesteuerte Drehmaschine 1 gezeigt, die einen Spindelkasten 2 zum Antrieb eines drehbaren Futters 3 mit einem eingespannten, zu bearbeitenden Werkstück 4 aufweist Ein Bearbeitungswerkzeug 5 ist mittels eines Werkzughalters 6 über einen Querschnitten 7 für die Y-Richtung mit einem Längsschlitten 8 für die X-Richtung verbunden. Zur Positionierung des Werkzeugs 5 in der X-Richtung (die hier allein betrachtet werden soll) ist der Längsschlitten 8 in dieser Richtung mittels einer Spindel 9 verschiebbar, die von einem Motor Mangetrieben wird. In Fig. 1 is a simplified schematic representation of a numerical controlled lathe 1 shown, which has a headstock 2 for driving a rotatable Chuck 3 with a clamped workpiece 4 to be machined has a machining tool 5 is by means of a tool holder 6 over a cross section 7 for the Y direction connected to a longitudinal slide 8 for the X direction. To position the Tool 5 in the X direction (which is to be considered here alone) is the longitudinal slide 8 displaceable in this direction by means of a spindle 9, which is driven by a motor will.

Die Lageistwerte (Ortswerte) der Schneidkante des Werkzeugs 5 bei der Verschiebung des Längsschlittens 8 werden von einer an der Spindel 9 befestigten, inkremetalen Positionsmeßeinrichtung C ermittelt und über eine Leitung 10 einer numerischen Steuereinrichtung 11 zugeleitet, die zur Steuerung der Drehmaschine 1 nach einem vorgegebenen Bearbeitungsprogramm über Analogausgänge 12 mit einer Maschinenpaßsteuerung 13 verbunden ist, deren erster Analogausgang 14 den Spindelkasten 2 zur Regelung der Drehzahl des Futters 3 und deren zweiter Analogausgang 15 den Motor Mzur Verschiebung des Längsschlittens 8 beaufschlagen. The actual position values (local values) of the cutting edge of tool 5 at the displacement of the longitudinal slide 8 are secured to the spindle 9 by a, Incremetal position measuring device C determined and via a line 10 one numerical control device 11 fed to the control of the lathe 1 according to a specified machining program via analog outputs 12 with a Machine pass control 13 is connected, the first analog output 14 of which is the headstock 2 to control the speed of the chuck 3 and its second analog output 15 den Activate the motor M to move the longitudinal slide 8.

Gemäß F i g. 2 ist zur Positionierung des Werkzeugs 5 in der X-Richtung ein geschlossener Lageregelkreis vorgesehen, bei dem ein Rechner R der numerischen Steuereinrichtung 11 über eine Leitung 16 mit einem Digital-/Analog-Umsetzer UR verbunden ist, dessen Analogausgang 12 an einen Motorregler MR in Form eines Istwert-/Sollwert-Vergleichers für die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens 8 angeschlossen ist; der Analogausgang 15 der Motorreglers MR beaufschlagt den Motor Mzur Verschiebung des Schlittens 8. Mit dem Motor Mist über die Spindel 9 die inkrementale Positionsmeßeinrichtung Cgekoppelt, deren Analogsignale S1, S2 über die Leitung 10 einer Auswerteeinrichtung Wund als Lageistwerte des Schlittens 8 bzw. des Werkzeugs 5 über eine Leitung 18, dem Rechner R zugeleitet werden; die durch das Bearbeitungsprogramm fest vorgegebenen Lagesollwerte für den Schlitten 8 bzw. das Werkzeug 5 werden dem Rechner R über eine Leitung 19 zugeführt. According to FIG. 2 is for positioning the tool 5 in the X direction a closed position control loop is provided, in which a computer R of the numerical Control device 11 via a line 16 to a digital / analog converter UR is connected, its analog output 12 to a motor controller MR in the form of an actual value / setpoint comparator connected for the feed speed of the carriage 8; the analog output 15 of the motor controller MR acts on the motor M to move the slide 8. The incremental position measuring device C coupled with the motor Mist via the spindle 9, their analog signals S1, S2 via the line 10 of an evaluation device wound as Actual position values of the slide 8 or of the tool 5 via a line 18 to the computer R to be forwarded; the fixed position setpoints specified by the machining program for the slide 8 or the tool 5, the computer R via a line 19 fed.

Gemäß F i g. 3 werden die bei der Verschiebung des Schlittens 8 von der inkrementalen Meßeinrichtung C erzeugten nullsymmetrischen periodischen Analogsignale St, S2 (sin x, cos x) mit einem gegenseitigen Phasenversatz von 90" über die Leitungen 10 jeweils Verstärkern Vt, V2 sowie Triggern T1, T2 zur Umformung in Rechtecksignale S't, S'2 zugeführt. Diese Rechtecksignale S't, S'2 werden über einen Richtungsdiskriminator RD zur Erkennung der Bewegungsrichtung einem Vorwärts-/Rückwärtszähler Z zum vorzeichenrichtigen Zählen der vom Richtungsdiskriminator RD erzeugten Impulse zugeleitet, so daß jede Signalperiode der periodischen Analogsignale St, S2 vom Zähler Zerfaßt und als Lageistwert (Ortswert) des Werkzeugs 5 bzw. des Schlittens 8 über die Leitung 18 dem Rechner R zugeführt wird. Zur Erreichung eines fest vorgegebenen Lagesollwertes für das Werkstück 5 bzw. den Schlitten 8 gibt der Rechner R pro Zeiteinheit variable Lagesollwerte vor, bildet fortlaufend die Differenz zwischen den variabel vorgegebenen Lagesollwerten und den momentanen Lageistwerten und gibt jeweils dieser Differenz entsprechende digitale Spannungswerte über die Leitung 16 an den Digital-/Analog-Umsetzer UR ab, an dessen Ausgang 12 somit eine dieser Differenz proportionale Analogspannung zur Beeinflussung des Motorregler MR ansteht. According to FIG. 3 are the during the displacement of the carriage 8 of the incremental measuring device C generated zero-symmetrical periodic analog signals St, S2 (sin x, cos x) with a mutual phase offset of 90 "across the lines 10 each amplifiers Vt, V2 and triggers T1, T2 for conversion into square-wave signals S't, S'2 fed. These square-wave signals S't, S'2 are detected via a directional discriminator RD to detect the direction of movement an up / down counter Z to the correct sign Counting the pulses generated by the direction discriminator RD supplied so that each Signal period of the periodic analog signals St, S2 measured by the counter and as the actual position value (Local value) of the tool 5 or the carriage 8 via the line 18 to the computer R is supplied. To achieve a fixed setpoint position for the The computer R gives variable nominal position values per unit of time to the workpiece 5 or the slide 8 before, continuously forms the difference between the variably specified position setpoints and the current actual position values and provides the corresponding difference in each case digital voltage values via line 16 to the digital / analog converter UR, at its output 12 thus an analog voltage proportional to this difference for Influencing the motor controller MR is pending.

Zur Interpolation zwischen den Lageistwerten, d. h. zur Unterteilung der Signalperiode der nullsymmetrischen periodischen Analogsignale St, S2 der inkrementalen Meßeinrichtung Cin eine Vielzahl von Digitalschritten werden die verstärkten Analogsignale St, S2 mittels Analog-/Digital-Umsetzer U1, U2 digitalisiert und die Digitalwerte dem Rechner R zur Ermittlung von interpolierten Lageistwerten (Ortswerten) für das Werkzeug 5 bzw. den Schlitten 8 über die Leitungen 20 zugeleitet Um aus den dem Rechner R zugeführten Digitalwerten des Sinussignals St, und des Kosinussignals S2 interpolierte Ortswerte zu erhalten, wird erfindungsgemäß in einem Speicher des Rechners R eine theoretisch erstellte Interpolationstabelle in Form einer normierten Sinustabelle und einer normierten Kosinustabelle abgespeichert Zur Zuordnung der interpolierten Ortswerte in der Interpolationstabelle zu den zugehörigen Digitalwerten der Analogsignale St, S2 müssen diese Digitalwerte ebenfalls normiert sein. Zu diesem Zweck werden im Rechner R die extremalen Digitalwerte (maximaler und minimaler Digitalwert) über eine Signalperiode ermittelt, bezüglich ihrer Nullage korrigiert und bezüglich ihrer Amplitude normiert. Diese Korrekturen können anstatt im Rechner R auch durch eine entsprechende Regelung der Referenzspannungen der Analog-/Digital-Umsetzer Ul, U2 erfolgen. For interpolation between the actual position values, i. H. for subdivision the signal period of the zero-symmetrical periodic analog signals St, S2 of the incremental Measuring device Cin a multitude of digital steps are the amplified analog signals St, S2 digitized by means of analog / digital converters U1, U2 and the digital values the computer R to determine interpolated actual position values (local values) for the Tool 5 or the carriage 8 supplied via the lines 20 To get out of the Computer R supplied digital values of the sine signal St, and the cosine signal To obtain S2 interpolated spatial values, according to the invention, is stored in a memory of the Computer R a theoretically created interpolation table in the form of a standardized Sine table and a standardized cosine table are saved to assign the interpolated local values in the interpolation table for the associated digital values of the analog signals St, S2, these digital values must also be normalized. To this Purpose are in the computer R the extremal digital values (maximum and minimum digital value) determined over a signal period, corrected with regard to their zero position and with regard to their amplitude normalized. These corrections can also be carried out instead of in the computer R. a corresponding regulation of the reference voltages of the analog / digital converter Ul, U2 take place.

Da diese normierten Digitalwerte gewisse Meßfehler aufweisen können, werden aus Gründen der Genauigkeit zur Auswertung vom Sinussignal St und vom Kosinussignal S2, die in F i g. 4 als Funktion des Meßortes x dargestellt sind, nur die Bereiche mit betragsmäßig größerer Steigung (dick ausgezogene Bereiche) herangezogen, dagegen die Bereiche in der Nähe der Extrema vermieden. Es ist unmittelbar einzusehen, daß bei zwei vorliegenden Digitalwerten mit dem gleichen Meßfehler der Digitalwert in einem Bereich mit großer Steigung einen kleineren Ortsfehler als der Digitalwert im Bereich der Extrema verursachen wird. Since these standardized digital values can have certain measurement errors, are used for the evaluation of the sine signal St and the cosine signal for reasons of accuracy S2, shown in FIG. 4 are shown as a function of the measurement location x, only the areas with a larger gradient in terms of amount (thick, solid areas), on the other hand the areas near the extremes avoided. It can be seen immediately that if there are two digital values with the same measurement error, the digital value in an area with a steep slope has a smaller spatial error than the digital value in the area of extremes will cause.

Da ein vorliegender Digitalwert im Bereich einer Signalperiode des Sinussignals S1 oder des Kosinussignals S2 mehrdeutig ist, werden zur Festlegung des zu verwendenden Bereichs der Interpolationstabelle an einem gegebenen Meßort x der aus dem Sinussignal St gewonnene Digitalwert und der aus dem Kosinussignal S2 gewonnene Digitalwert hinsichtlich ihrer Vorzeichen und ihrer Beträge miteinander verglichen. Die Zuordnung der interpolierten Lageistwerte (Ortswerte) zu den normierten Digitalwerten in der Interpolationstabelle ist in F i g. 5 dargestellt; die jeweiligen Ziffern an den Sinuskurven und Kosinuskurven bezeichnen die Oktanten des Sinussignals 5 und des Kosinussignals S2 in Fig. 4. Since a present digital value is in the range of a signal period of the Sine signal S1 or the cosine signal S2 is ambiguous, are used to determine the area of the interpolation table to be used at a given measurement location x is the digital value obtained from the sine signal St and that from the cosine signal S2 obtained digital value with regard to its sign and its Amounts compared to each other. The assignment of the interpolated actual position values (local values) The standardized digital values in the interpolation table are shown in FIG. 5 shown; the respective digits on the sine curves and cosine curves denote the octants of the sine signal 5 and the cosine signal S2 in FIG. 4.

Da die normierte Sinustabelle und die normierte Kosinustabelle in der Interpolationstabelle die Kurvenform der Analogsignale S,, S2 nur in gewisser Näherung wiedergeben, ergeben sich zwangsläufig Fehler bei der Interpolation der Ortswerte, die außerdem für die Sinustabelle und die Kosinustabelle verschieden sein können. Since the normalized sine table and the normalized cosine table in the curve shape of the analog signals S ,, S2 only to a certain extent in the interpolation table Reproduce approximation, errors inevitably result in the interpolation of the Location values, which are also different for the sine table and the cosine table could be.

Erfolgt nun zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ortswerten ein Übergang von der Sinustabelle zur Kosinustabelle oder umgekehrt, so kann dadurch ein deutlicher Sprung beliebigen Vorzeichens in der Anzeige der interpolierten Ortswerte entstehen, obwohl die wahren Ortswerte nahe beieinander liegen. Um diesen Sprung beim Tabellenwechsel abzumildern, wird eine vom Ortswert abhängige gleitende Gewichtung der aus dem Sinussignal Sl und der aus dem Kosinussignal S2 ermittelten Ortswerte vorgenommen. In der nachfolgenden Tabelle ist diese Gewichtung für den ersten Quadranten des Sinussignals Sl der F i g. 4 dargestellt. Im Bereich 0 bis 0,1 wird der aus dem Sinussignal St ermittelte Ortswert mit dem Gewichtungsfaktor 8 und der aus dem Kosinussignal S2 ermittelte Ortswert mit dem Gewichtungsfaktor 0 multipliziert; die derart gewichteten Ortswerte werden anschließend addiert und das Ergebnis durch die Summe der Gewichtungsfaktoren, d. h. durch 8 dividiert. Im Bereich 0,9 bis 1 sind die Verhältnisse genau umgekehrt. In den Bereichen 0,4 bis 0,5 und 0,5 bis 0,6 erhalten die Ortswerte jeweils die Gewichtungsfaktoren 4. Somit kann ein weicher Übergang von der Sinustabelle zur Kosinustabelle erfolgen. Diese Gewichtungsfaktoren für die Ortswerte variieren gegenläufig periodisch über eine Periode des Sinussignals St, wobei die Bereiche des Sinussignals St und des Kosinussignals S2 mit betragsmäßig größerer Steigung höhere Gewichtungsfaktoren aufweisen; die Summe der Gewichtungsfaktoren für den aus dem Sinussignal Sl ermittelten Ortswert und den aus dem Kosinussignal S2 ermittelten Ortswert ist an jedem Meßort x konstant. Es können für die Gewichtungsfaktoren auch höhere Zahlwerte benutzt werden, wenn die zugehörigen Bereiche weiter unterteilt werden sollen.A transition now takes place between two successive position values from the sine table to the cosine table or vice versa, a clearer Jump with any sign in the display of the interpolated position values arise, although the true location values are close to one another. About this jump when changing the table to mitigate, a sliding weighting that is dependent on the location value is derived from the sinusoidal signal Sl and the local values determined from the cosine signal S2. In the following Table is this weighting for the first quadrant of the sinusoidal signal Sl of the F. i g. 4 shown. In the range 0 to 0.1, the one determined from the sinusoidal signal St is Local value with the weighting factor 8 and that determined from the cosine signal S2 Local value multiplied by the weighting factor 0; the location values weighted in this way are then added and the result by the sum of the weighting factors, d. H. divided by 8. In the range 0.9 to 1 the ratios are exactly the opposite. In the ranges 0.4 to 0.5 and 0.5 to 0.6, the local values are each given the Weighting factors 4. Thus, a smooth transition from the sine table to the Cosine table. These weighting factors for the location values vary in opposite directions periodically over a period of the sinusoidal signal St, the ranges of the sinusoidal signal St and the cosine signal S2 with a larger slope in terms of magnitude, higher weighting factors exhibit; the sum of the weighting factors for the determined from the sinusoidal signal Sl The local value and the local value determined from the cosine signal S2 is at each measurement location x constant. Higher numerical values can also be used for the weighting factors if the associated areas are to be further subdivided.

Betrag des Sinussignals St 0-0, 1-0,2-0,3-0, 4-0,5-0,6-0,7-0,8-0, 9-1 Gewichtungsfaktor für Ortswert 8 7 6 5 4 4 3 2 1 0 (Sinussignal St) Gewichtungsfaktor für Ortswert 0 1 2 3 4 4 5 6 7 8 (Kosinussignal S2) Aus jeweils zwei aus der Interpolationstabelle mittels der zugehörigen Digitalwerte gewonnenen Lageistwerten und einem in der Steuereinrichtung 11 vorhandenen Zeittakt werden nun vom Rechner R die Geschwindigkeitsistwerte des relativ beweglichen Maschinenteils 8 berechnet. Wird beispielsweise ein konstanter Zeittakt von 1 Millisekunde festgelegt, so erfolgt in dieser Zeiteinheit jeweils eine Ermittlung des Lageistwertes. Aus der Differenz zwischen dem neuen Lageistwert und dem alten Lageistwert und aus der konstanten Zeiteinheit kann ohne besonderen Rechenaufwand unmittelbar der Geschwindigkeitsistwert des Maschinenteils 8 berechnet werden. Magnitude of the sine signal St 0-0, 1-0.2-0.3-0, 4-0.5-0.6-0.7-0.8-0, 9-1 Weighting factor for local value 8 7 6 5 4 4 3 2 1 0 (sinusoidal signal St) Weighting factor for local value 0 1 2 3 4 4 5 6 7 8 (cosine signal S2) From two each from the interpolation table actual position values obtained by means of the associated digital values and one in the control device 11 existing time cycle, the actual speed values of the relatively movable machine part 8 calculated. For example, it becomes a constant Set a time cycle of 1 millisecond, then takes place in each case in this time unit a determination of the actual position value. From the difference between the new actual position value and the old actual position value and from the constant time unit can be used without special Computational effort, the actual speed value of the machine part 8 is calculated directly will.

Der Rechner R kann somit die ermittelten Geschwindigkeitsistwerte mit den über eine Leitung 21 von der Steuerung 11 eingegebenen Geschwindigkeitssollwerten zur schnellen und genauen Positionierung des Werkzeugs 5 bzw. des Schlittens 8 miteinander vergleichen. The computer R can thus determine the actual speed values with the speed setpoints entered by the controller 11 via a line 21 for quick and precise positioning of the tool 5 or the slide 8 with one another to compare.

Die Interpolationstabelle kann auch mit einer nicht dargestellten inkrementalen Referenzmeßeinrichtung erstellt werden. The interpolation table can also use a not shown incremental reference measuring device.

- Leerseite -- blank page -

Claims

Claims: 1. Method for determining the position and speed of objects moving relative to one another, whose actual position values are based on an incremental Position measuring device are measured, in which the division of one with the one Object connected graduation carrier from one connected to the other object Scanning unit is scanned, which at least two periodic, against each other supplies phase-shifted analog signals to a downstream evaluation device, the one memory and converter for obtaining digital values from the at least has two periodic analog signals, that is to say e t that an interpolation table for the actual position values are saved in the form of a sine table and a cosine table that the digital values of the at least two periodic analog signals for assignment are normalized to the interpolation table and that of two from the interpolation table actual position values obtained by means of the associated standardized digital values and from the actual speed values at a time in the evaluation device (W) of the object (8) can be calculated.

2. The method according to claim 1, characterized in that for interpolation the actual position values that area from the sine table and the cosine table The sine curve and cosine curve shown in the interpolation table are used which has the greater gradient at the given measurement location x

3. Procedure according to claim 1, characterized in that for interpolation of the actual position values At the given measuring location x, both areas of the sine table and the cosine table the sine curve and cosine curve shown in the interpolation table with different Weighting factors are used

4. The method according to claim 3, characterized in that that area of the sine curve or the cosine curve that is at the given measurement location x has the greater slope in terms of amount, assigned a higher weighting factor will.

5. The method according to claims 3 and 4, characterized in that that the sum of the opposing periodically varied weighting factors for the Sine curve and the cosine curve for each measurement location x is constant

6. Procedure according to claims 2 and 3, characterized in that to determine the to be used Area of the interpolation table at the given measuring location x from the sinusoidal signal (S,) obtained digital value and the digital value obtained from the cosine signal (S2) are compared with one another with regard to their signs and their amounts.

7. The method according to claim 1, characterized in that the interpolation table theoretically created.

8. The method according to claim 1, characterized in that the interpolation table is created by means of a reference measuring device.

The invention relates to a method for determining the position and Speed of objects that can move relative to one another according to the preamble of claim 1.

Such a determination of the position and speed is used for Positioning of objects that can move relative to one another, for example by Machine parts of a processing machine can be formed. Under positioning one understands the execution in modern, increasingly automated production technology predetermined movements of machine parts, mostly also at predetermined speeds should take place. This requires the actual location and the actual speed of the relatively moving machine part can be measured continuously so that a suitable one Control loop the deviations between the actual values (actual values) and the can maintain specified values (setpoints) within specified tolerances.

In the German magazine "Elektronik" 1980, issue 18, pages 47-54 and "The Electronics Technician" 1975, No. 10, pages 6 to 9 is a positioning device with a closed position control loop for controlling a motor for a load depending on the specified position setpoints and by an angle encoder determined actual position values of this load. For monitoring the speed of the motor is a closed speed control loop with a tachometer generator provided, which indicates the actual speed values of the relatively movable load. With the aid of the speed control loop, the motor can be controlled in such a way that after starting the speed setpoint is reached and that the speed before the end position is reached, it is reduced again by exceeding the target end position to exclude. Since the control is directly based on the actual speed values of the tachometer generator coupled to the motor, positioning errors can occur occur if the determined actual speed values are faulty in any way are so that a comparison between the specified speed setpoints and the determined faulty actual speed values an incorrect regulation the speed results. Such incorrect regulation of the positioning can a risk to the operator of the machine as well as damage to a result in the workpiece to be machined. Such a positioning device with two control loops is also complex and because of the large number of required Elements not fail-safe.