DD145478A3 - Vorrichtung zur interpolation - Google Patents

Description

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Titel der Erfindung • Vorrichtung zur Interpolatrion

der Erfindung .

Die Erfindung'betrifft eins Torrichtung zur Interpolation in periodischen Verteilungen,, z.B. interferentiellen, die in optischen lleßvorrichtungen zui? Me ssung der Größen Weg, Winkels .Brechzahl sowie der daraus ableitbaren Größen,Kraft, Druck,

, Härte, lü-schungsverhältnisse,, Konzentration auftreten·

Mn besonderes Inwendungsgabiet ergibt sich für intarfereötie.lle Messungen, wenn aine sehr iiohe Auflösung gefordert wird»

Charaktaristik der bekannten technischen Lösungen

Interpolationseinrichtungea dienen der Unterteilung der Primär-Signalperiode in äquidistaute Abstände« Für diese Unterteilung benötigen die bekanntesten Interpolationseinrichtungen zwei -Priisärsignala /TL ^sin χ und TJk^cos -χ»;-Die interpolierten Analogsignale werden an des Kulldurchgängen ge triggert, wodurch sich die äquidistante Unterteilung ergibt;» Interpolationsfehler treten auf, wenn eine Verschiebung der Nulldurchgänge auftritt ₃ ohne daß eine Meßgrößenändsrung vorliegt« Solche Interpolationsfehler können durch Yeranderungeη der Primärsignalpara-» meter Amplitude, Phase, GXeichanteil und Spektrum hervorgerufen werden«

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.Zur Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen werden zwei Beispiele angeführt»

Der Netzwerkinterpolätoz» (Johannsen, TH.: Zum Verhalten der Signalperioden eines Theodoliten mit elektrooptisch^ Ereisteilablesung, Universität Bonn, 1967) nutzt die Überlagerung der Primärsignalspanmingen IL und Up und deren Negationen in geeignetes Widerstandsnetzwerken aus, um daraus Nulldurchgänge und somit Interpolationspunkte zu gewinnen·

Dieser Interpolator ist geeignet für kleine Interpolationsfakt ore η · Ve rand e runge η «ä er Ämplittid e, de r Pha se und des Gleichanteiles rufen Inferpolationsfehler hervor _β

Weiter ist ein Kathodenstrahlinterpolator bekannt, mit dem höhere Interpolationsfafctoren erzielt werden können (Trötscher, 0.: Über Fragen der digitalen Wegmessung mit fotoelektrischen Wegmeßgeräten hoher Auflösung, Optik 28, Heftß, 1968/69; Trötsc&ar, 0.: Einrichtung zur Interpolation, Auslegeschrift 1266989, BRD)₀ Hier liegt das Prinzip zugrunde., daß zwei um 90 verschobene Primärsignale ein Drehfeld mit festgelegter Drehrichtung bilden« Die Signalspannungen werden auf die Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre gegeben und der volle Umlauf des Blektronenstrahles entspricht einer stark vergrößerten Rasterperiode« Verwendet man anstelle des Leuchtschirmes leitende EasterscheibenR so erhält man interpolierte Ausgangssignale*

Die Leistungsfähigkeit einer solchen Anordnung wird begrenzt durch die Geometrie der Bohre, durch, die Justierfehler der Easterschsiben sowie dur/eh die Genauigkeit von Kathoden-, Gitter- und Anod-ensystenu Veränderungen der Amplitude, der Phase und des GleichanteJLles rufen auch hier — im Unterschied zur Erfindung - Interpolationsfehler hervor«

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Ziel eier Erfindung

der Erfindung ist es, ,in Abhängigkeit zu einer größe sich ändernde periodisciie Iatansitätsverteiiungen Mit ,e'iufijn '.hohen Intarpolatioiisgraä .(> 10.0) zu interpolieren, ^öbei €er geräte technisc'lie.Auf wand unabhängig von der Höhe ^;&e^!s Iste'rpolatiOnsgradeB und die Funktionsttiöhtigkeit von der ₍ Art eier periodischen Verteilung ist. Die Vorrichtung funktioniert· fehlerfrei, auch wann sich dar Differenz-wert zwischen maximaler und minimaler Intensität? (bei interferentiellen

^ rzyäsphen. maxinialer „u.nd. pini-

Bestrshlungsstarke)^ sowie der absolute Wert der Inteni(bei interferentieHeα Verteilungen der ab&olute Wert der Bestrahlungsstärke) der periodischen Verteilungen ändert. Obwohl die Grob^erte (Grobimpulse) und die interpolierten

(Teinimpulse) in getrennten Systemen separat ge- -werden, erfolgt durch eine entsprechende logische Verksüpfung, auch bei relativ groEan Lageunsicherheiten der ,,Gi?obi3apulse (Schaltun siciierhe it en der Schaltflanken) eine fehleirifreip ,Addition der Grob- und Eeinimpülse. Nebeß'der 'Möglichkeit der lErzielußg eines hohen Interpola- ;^;t,ix)n;ag3ia3;Q_;s., :tenn 3-e.d.er 'iäalisbiga Xn&erpQlätiojasgrad Ie einfacher Weise eingestellt werden·..;.

,Darle;i5:Uup!:..,.'d:e,s^: Lesens der- Erfindung

Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine interpolationsainrichtung zu schaffen, die auf der Grundlage sich in fester Abhängigkeit zu. einer Meßgröße ändernder InteniSitätisverteilungen mit einem hohen Interpolationsgrad bei vergleichs-roeise "gerätetechnischlgeringem Aufwand und hoher Betriebssicherheit interpoliefl;^

Solöha periodischen InteSäitätsverteilüngen treten ζΐΒ· in ihftjsrferentiellen Meßeinrichtungen auf. So kann mittels einer Interferometeranordnung, die Interferenzen gleicher Dickeausnutzt, eine Längenmessung durchgeführt werden· Schließen beide Interf er-oiaet er spiegel einen kleinen Winkel

.

miteinander ein und ändert ein Spiegel seine Lage in LichtricMrung parallel zu sich selbst, dann entstehen solche periodischen Intensitätsverfceilungen· Hierbei ist die Änderung der Interferenz Ordnungszahl ein genaues Maß für deniMeßwert. Der JLbstand zwischen zwei benachbarten Maxiina- bzw« Minima entspricht einer Ordnung. Um die Meßwertänderung bestimmen zu können, müssen also die zugeordnete Anzahl der ganzen Ordnungen und die Bruchteile bestimmt werden. Die Anzahl der ganzen Ordnungen stellt in diesem Fall den Grobwert und die verbleibenden Bruchteile stellen den Feinwert dar« Damit ist in diesem Fall der Grobwert ein ganzzahliges Vielfaches einer Ordnung, Natürlich kann die Zuordnung auch so gewählt werden, daß der Grobwert einem ganzzahligen Vielfachen eines beliebigen Ordnungswerfees entspricht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß fotoelekfepischen Abtastelementen, insbesondere fotoelektrischen Empfängern, ein Verstärker, ein Trigger, ein Grobzähler und eine Hachlauflogik nachgeschaltet sind. Ein weiterer Trigger ist zwischen Verstärker und einer Nachlauflogik geschaltet· Die notwendigen Kontakte sind mit einer Begrenzungslogik und diese Begrenzungslogik mit der Nachlauflogik verbunden. An die Nachlauflogik ist eine Motorsteuerung angeschlossen. Die Motorsteuerung ist mit einem mit einem Getriebe versehenen Motor verbunden· Außerdem sind eine Gewindespindel und ein Mutterstück zwischen Getriebe und den Kontakten vorgesehen·-

Eicem digitalen Längen— Iszw, WinkeImeßsystern ist ein Feinzähler nachgeschaltet·

Die Signalverarbeitung zwischen Abtastung und Anzeige des Meßwertes wird wie folgt vorgenommen»

Potoslektrische Abtastelemente, ζ·Β. fotoelektrische Empfänger, die die Intensitätsverteilung abtasten, werden zu Begisn, während und nacii der Messung relativ zum Bild der Intensitätsverteilung so zueinander bewegt, daß die Abtast-.

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elemente in definierten Lagen bezüglich definierter äquidistajDter Bezugspunkte der Intensitätsverteilung positioniert; werden· Solche definierten äquidistanten Bezugspunkte : können die ,Maxima und-.MsLnima selbst¹ sein oder beMebige Stel len, die in festem Abstand zu diesen gewählt -werden. Die Abtasfeelemente dienen -einmal mi Verbindung mit -einem Zählei·, der als Grobzähler bezeichnet werden soll, zur Ermittlung , lies G-robwertes und zuin änderen zur Nachlaufsteuerung. Mittels dieser Steuerung werden die Abtastelemente in definierte IiQg.§n bezüglich der äquidlatenten. Bezugspunkte gebracht« Biese Lagen sollen als Eachlaufstellen bezeichnet werden.

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!,Der .Bqlativweg, der .während des Nachlauf Vorganges zwischen ä^n'ABtastelementen und <äem Bild der" Intensitätsve%teilung ztirücfcgelegt wird, kann asittels bekannter Längen-; bzw. WinikelmeSgeräte gemessen wei?de.no

MSt maü den Relativwegs, z.B. inkremental, so werden die dem ;^:!Feinwert entsprechenden, Impulse, im folgenden Feinimpulse

vgenarmt, In einem weitei*eri Zähler, dem -s'Ogenannten Peinzähler, registriert. :

;iis;:exndOutiger Zus^aminaniiang,,zwischen. Grobvj.ert CGrobimpulr· sea) --und Feinwert (Feinippulsen) - auch bei fehlerhafter

-aer Schaltflaiiken — sowie ein funktionssiaheres Ärbelj-o einem beliebigen Meßbereich wird folgendermaßen er— ^:re£ciiti . · · '

wird ^angenommen,, daß sich, zwischen zwei benaahbarten Hachlaufstellen eine beliebige von Null verschiedene feste AnzahüL von Grobimpulsen befindete

Die JLEzahl der Feinimpulse f_&, die einen Grobimpuls entöpreciaeriV¹ ergibt sich aus' der Division -der Anzahl der Fainimpiilsa f^, die dem Abstand zweier benachbarter Nächlaufstellen ,zugeordnet sind\ durch die Anzahl der Grobimpulse x, die seiBchen zwei benachfearten Nachlaufstellen vorhanden sind,

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Bei der Dimensionierung der zur Erzeugung der Grobimpulsθ UBd Sachlaufstelieη verantwortlichen Einrichtungen ist die Förderung zu beachten,, daß sich das Toleranzfeld der Lage der Grobimpulse, das sich durch die Schaltflankenunsicherheit ergibt, und das Eoleranzfeld, das aus der Nachlaufußsieherheit an den definierten Nachlaufstellen resultiert, nicht überdecken.

Die Grob- und Feinimpulse werden richtungsabhängig gezählt· Das Yorzeichen, mit densη die Feinimpulse zu den Grobimpulsen zur Bildung des Meßergebnisses addiert werden müssen, ergibt sich aus folgender Festlegung: Wird bei bezüglich des Bildausschnittes feststehender Intensitätsverteilung das Nachlaufsystem so gesteuert, daß positive Grobimpulse entstehen, so sind alle in dieser Steuerrichtung auftretendem Feinimpulse negativ zu zählen und umgekehrt· Da somit nach. bzw. während einer Meßgrößenänderuog, wenn eine der benachbarten Nachlaufstellen angefahren ist, entweder die Summe der Grobimpulse innerhalb des Nachlaufbe reiches Null ergxlbt und der Nachlaufwert (Anzahl der Feinimpulse) angezeigt wird oder von der Summe aller Grobiffipulse, die den dem Abstand zweier benachbarter Nachlaufstellen zugeordneten Weirfc repräsentiert, der Nachlaufwert substrahiert wird, erfolgt eine fehlerfreie Anzeige. Hierbei ist es gleichgültig, zu welcher der benachbarten Nachlauf stellen der NacMauf erfolgt. Bezüglich der Nachlauf zeiten günstige Veriaältnisse erhält man_s wenn annähernd in der Mitte zwischen z:mai benachbarten Nachlaufstellen die Entscheidung getroffen wird," die linke bzw. die rechte Nachlaufstelle anzufahren·

Bei entsprechend langsame η Änderungen der Meßgröße kann der Fall eintreten, daß beispielsweise der mechanische Teil der Nachlaufeinrichtung, dez· alle Abtastelemente trägt, synchron mit der Wanderungsbewegung der Intensitätsverteilung läuft. Da aber der Bildausschnitt der Intensitätsverteilung flächenmaßig begrenzt ist, werfen die Abtastelemente aus dem Bildausschnitt herauswandera« In diesem Fall wäre der Meßbereich diarch die Größe des Biiüausschnittes begrenzt« Der Meßbereich kann nun beliebig erweitert werden, wenn man Bcgrenzungs-

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anbringt, die bewirken, daß der mechanische Teil der Nachlauf einrichtung,, der die Ab ta st elemente trägt, etwa zur .Atta des Bildausschnittes zurückgefahren wird. Während .des Zurücklaufens ist* &±a "Nachlaufsteuerung blockiert.·- Nach Zurückfahren wird «ils Begrenzungssteuerung ausgeschaltet eier Naahlaufmechanismus wieder in Gang gesetzt» Hierbei s nicht -auf eine genaue >Lage der -Eontaktstellen -an. Eingriff von auB^ii, der eine Örtliche Verlagerung der Abtastelernente nach odei? während einer Meßwertveränderung bewirfcfe,,. ist ohne linfln® auf die richtige Anzeige des Meßwertes, <da während dieses Steuervorganges auch die Werte im Feinzähler mit umgekel^^ die im Grobzähler re-,gistriert werdei) und so der Einfluß der Steuerung bei der Bildung der Meßergebnisse eliminiert wird. ,

Ι3ίθ Erfindung ¥/ird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt: Fig., 1: Prinzipielle Ißardnung zur Durchführung des :Vsrf ahrens '

Fig· 2ί

1jac3i Fig. Λ sind vier ;&3toelektrischen, paarweise in Differenz geschalteten, Empfängern Λ, Verstärker 3f Trigger 4, Grobsähler 8 und Nachlaiiflogik 7 nachgeschaltet. Trigger 5 ist sowohl mit den Verstärker 3 als auch mit der Kachlauflogik 7 verbunden. Die Xontakte 16, 17, 18 führen zur Begrenzungslogik 6 und letztere ist mit der Nachlauflogik 7 verschaltet» Der Nachlasflogik 7 folgt die Motorsteuerung 10, Mt der Motorsteuerung; 'HÜ ist der Motor 11 verbunden. An das an den Motor 11 angeschlossene Getriebe 12 sind eine Spindel 13 und ein Matfeerstück 14 angeordnet. Einem digitaleia längen- bzw. Winfeelmeßsystem ist ein Feinzähler 9 nachgeschaltet.

»8- go ι 5β3

Im folgenden -wird der dynamische Meßablauf beschrieben? Vier fotoelektrische Empfänger 1 tasten das Interferenzbild 2 ab. Die lage der vier Smpfänger zeigt auch Fig. 2 a. Mit Hilfe des Motors 11, des Getriebes 12, der Gewindespindel I3 und des drehgesicherten Mutterstückes 14, in dem die Empfänger I.fest angeordnet sind, können die Empfänger 1 translatorisch bewegt -werden*

Fig. 2 b zeigt die von den Empfängern 1 gelieferten und durch die Verstärker 3 verstärkten Spannungen ILj und U₂· Die in Fig. 2 b dargestellten Spannungsvarlaufe ergeben sich bei Auswanderung des Ißterferenzbildes 2 bei einer Änderung der Meßgröße· Die Spanmmgsverlaufe werden gemäß Fig. 1 mittels der Trigger 4 und 5 in Rechtecksignale umgeformt. Der Trigger 4 liefert die stur Grobzählung dienenden Signalfolgen (Fig« 2 c). Dabei werdeo jeweils die ganzen Perioden nur an den negativen Schaltflaaken des Signals x_P gezählt. Die Anzahl der so im Grobzähler 8 gezählten Impulse repräsentiert den Grobwert. Der Trigger 5» bestehend aus zwei Komparatorstufen, wandelt das Signal Up in die Signalfolgen x~ und x. um (Fig. 2 e). Entsprechend Fig. 2 f sind die Nachlaufstellen durch den Zustand

gekennzeichnet. Um den Jfachlaufbereich des Kutterstückes 14 zu begrenzen, sind an den Enden des Bereiches die Kontakte 16 und 17 angebracht· Wird der Seitenkontakt 16 oder 1$ "betätigt, so steuert die Begrenzungslogik 6 mit dem Signalwert Xj- = £ <3as Mutterstück 14 in Richtung Nachlaufbereichsmitte. Das Ausgangssignal der Begrenzungslogik 6 nimmt den Wert Null an und die Begrenzungslogik 6 tritt außer Kraft, wenn sich das Mutterstiask 14 in der Bereichsmitte befindet, d.h., wenn der Kontakt 18 betätigt wird« Im Schaltungsteil Nachlauf logik 7 werden die Signale x^ ♦·<> x^ zu den Signalen x-r und x„, wobei 2, Linkslauf des Mutterstückes 14 und Xtj Rechtslauf des läitterstückes 14 bedeutet, in folgender Weise gemäß Fig_a 2 d, a, f verknüpft:

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X-5

Χ-»- — Xv- V^-iC]- Xo X-q ¹V X₁-

v ^E ^{= X}5 ^V ^6 ^X2 ^X1 ν ^Z6 ^X4 ^X1

J¹Ur Xy, . x-v . x^ = L bleibt das Mitterstück 14 an der Nach-; laufötella stehen·

Pia Aiisgangssignale der flachlauflogik 7 steuern mittels der Motorsteuerung 10 den Ife^or 11. Me Motordrehung wird mit Hilfa des Getriebes 12 mad der Gewindespindel 13 auf das drehgesicherte MtterstHck 14-, das sich translatorisch bewegt,* übertragen·. Um den Betrag der translatorischen Belegung zu erfassen, 'der als !Nachlaufweg praktisch den Fein- wert darstellt, werden dia Drehbewegungen der Gewindespindel mit dem Inkremental-Gebej^-Rotatorisch I5 in die Feinimpulse umgewandelt· Die Feinimpsilse werden vorzeichanrichtig im Feinzähler 9 registriert* -

Claims (1)

1. -ίο- 20 1 583

   Vorrichtung zur Interpolation unter Verwendung von intθrfβro— metrischen Anordnungen, ^otoelektrlschen Empfängern, Verstärkern, !Driggern, Logikschaltungen, Zählern, digitalen Längenbzw· ' Winks laießsysteme η iisd Antriebsmechanismen, dadurch gekennzeichnet, daß den fofcoelektrischen Tastelementen, insbesondere fotoelektrischen Empfängers (1), Verstärker (3)f Trigger (4), Grobzähler CS) und Nachlauf logik (7) nachgeschaltst sind, daß ein Trigger (5) -an den Verstärker (3) angeschlossen ist, der Trigger (5) Mit der Nachlauf logik (7) verbunden ist, daß die Kontakte (16; 17; 18) mit der Begrenzungslogik (6) und die Begrenzungslogik (6) mit der Nachlauflogik (7) verbunden sind_s daß der Nachlauflogik (7) die Motorsteuerung (10) folgt, daß- die Motorsteuerung (10) mit dem Motor C11) verbunden ist_s daß an deia Motor (11) ein Getriebe (12) abgeschlossen ist some eine Gewindespindel (13) und ein Matterstück (14) angeordnet sind und daß einem digitalen längen— bzw.-Wiakalmeßsys'tem ein Feinzähler (9) nachgeschaltet ist. . .... '

   Uierzu^sL-Seiien Zeichnungen