CZ20031304A3 - Způsob a zařízení k optickému zjišťování naměřených dat a kódovací prstenec pro použití u tohoto způsobu a zařízení - Google Patents
Způsob a zařízení k optickému zjišťování naměřených dat a kódovací prstenec pro použití u tohoto způsobu a zařízení Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20031304A3 CZ20031304A3 CZ20031304A CZ20031304A CZ20031304A3 CZ 20031304 A3 CZ20031304 A3 CZ 20031304A3 CZ 20031304 A CZ20031304 A CZ 20031304A CZ 20031304 A CZ20031304 A CZ 20031304A CZ 20031304 A3 CZ20031304 A3 CZ 20031304A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- line patterns
- phase
- line
- movement
- component
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 239000010261 arctane Substances 0.000 claims description 10
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
- B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
- B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D15/00—Steering not otherwise provided for
- B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
- B62D15/021—Determination of steering angle
- B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
- G01D5/2451—Incremental encoders
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
- G01D5/2451—Incremental encoders
- G01D5/2452—Incremental encoders incorporating two or more tracks having an (n, n+1, ...) relationship
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
- G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
- G01D5/34784—Absolute encoders with analogue or digital scales with only analogue scales or both analogue and incremental scales
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/12—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving photoelectric means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
Způsob a zařízení k optickému zjišťování naměřených dat a kódovací prstenec pro použití u tohoto způsobu a zařízení
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu optického zjišťování naměřených dat rotačně nebo translacně pohyblivé součásti, zejména optického zjišťování úhlu, kroutícího momentu nebo dráhy. Vynález se dále týká zařízení k optickému zjišťování naměřených dat a kódovacího prstence pro použití u tohoto způsobu a zařízení.
Dosavadní stav techniky
Již byly popsány různé optické způsoby měření úhlů, přičemž se zpravidla jedná o digitální způsoby, které mají z hlediska znečištění a tolerancí výhody oproti analogovým způsobům měření.
Rozlišuje se mezi způsoby měřícími přírůstky a způsoby měřícími absolutní hodnoty. Obvykle se u způsobů měřících absolutní hodnoty používá optického kódování, které je například označováno jako Cray-Code nebo Manchester-Code.
Pro určité případy, jako je například takzvaný elektronický posilovač řízení (Electronic Power Steering (EPS)), je kromě informace o úhlu na nápravě přídavně zapotřebí i znalosti působícího kroutícího momentu. Protože měření kroutícího momentu se může relativně jednoduše pomocí dráhy zkrutu promítnout na měření úhlů, vyvíjejí se v současné době intenzivně způsoby, které pomocí měření úhlů mohou určit jak úhel, tak, přídavně nebo alternativně, i kroutící
99·9 9 99
9« 99 moment nápravy. Těmto známým způsobům je společné to, že velmi přesně měří úhly před a po zkroucení, aby potom z relativně malého rozdílu úhlů bylo možno usoudit na velikost měřeného kroutícího momentu.
Ze spisu DE-P 10042656 je známý způsob určování úhlu zkrutu a/nebo rozdílu úhlů z fázových signálů. Tento způsob je realizován na děleném hřídeli s fázovými stopami a s vloženou torzní tyčí, přičemž pomocí přiřazených senzorů a vyhodnocovací jednotky je možné vždy získat víceznačné fázové signály ve vztahu k jedné otáčce hřídele. Nejprve se podle tohoto způsobu alespoň dva fázové signály váženě sečtou do jednoho signálu, přičemž potom se z tohoto signálu vytvoří neceločíselný podíl, který je přímo úměrný rozdílu úhlů. Z tohoto rozdílu úhlů se násobením konstantou pružení vložené torzní tyče může určit kroutící moment působící na hřídel.
Úkolem předloženého vynálezu je co nejjednodušeji uskutečnit zjišťování absolutních naměřených dat, zejména měření úhlů nápravy, například řídicí nápravy, s přídavnou optickou možností určení kroutícího momentu působícího na nápravu. Dalším úkolem vynálezu je provést co nejjednodušším způsobem měření dráhy.
Podstata vynálezu
Uvedený úkol splňuje způsob optického zjišťování naměřených dat rotačně nebo translačně pohyblivé součásti, zejména optického zjišťování úhlu, kroutícího momentu nebo dráhy, podle vynálezu, jehož podstatou je, že se připraví první dvojice periodických čárových vzorů, rozkládajících se ve směru pohybu součásti, které mají v rozsahu pohybu pohyblivé součásti, zejména na definované dráze nebo v úhlovém rozsahu, například 360°, vždy n period, přičemž čárové vzory se ve směru pohybu součásti nacházejí
ΦΦΦ φ φ ΦΦΦΦ « * φ φ φ
ΦΦΦΦ » »φ φ ΦΦ v navzájem pevném fázovém vztahu, připraví se druhá dvojice periodických čárových vzorů, rozkládajících se ve směru pohybu součásti, které mají v rozsahu pohybu pohyblivé součásti, zejména na definované dráze nebo v úhlovém rozsahu, například 360°, vždy m, zejména n + 1, period, přičemž čárové vzory se ve směru pohybu součásti nacházejí v navzájem pevném fázovém vztahu, zjistí se příslušné periodičnosti, popřípadě fáze, čárových vzorů první dvojice vzhledem k referenční hodnotě kolmo ke směru pohybu součásti, zjistí se příslušné periodičnosti, popřípadě fáze, čárových vzorů druhé dvojice vzhledem k referenční hodnotě kolmo ke směru pohybu součásti, na základě periodičnosti, popřípadě fází, se určí fázová poloha první dvojice čárových vzorů, na základě periodičnosti, popřípadě fází, se určí fázová poloha druhé dvojice čárových vzorů a na základě fázových poloh se určí poloha součásti.
Způsob podle vynálezu se ukázal, ve srovnání se známými způsoby, na základě různých pravidelných periodických čárových vzorů jako podstatně tolerantnější ke znečištění a jiným škodlivým vlivům. Nebezpečí chybné interpretace, například znečištěním příslušných čárových vzorů, se podle vynálezu silně zmenší. Kromě snížené citlivosti na znečištění, například vodou nebo částicemi, mohou být jednoduchým způsobem oproti dosavadním známým způsobům kompenzovány změny intenzity světla světelných zdrojů po dobu jejich životnosti, jakož i vzdálenost a polohová závislost optických senzorů. Dále se jako výhodné ukázalo, že způsob navržený podle vynálezu má relativně nízkou redundanci.
Uvedený úkol dále splňuje zařízení k optickému zjišťování naměřených dat rotačně nebo translačně pohyblivé součásti, zejména optického zjišťování úhlu, kroutícího momentu nebo dráhy, způsobem podle vynálezu, přičemž podstatou vynálezu je, že zařízení je provedeno se záznamovou stopou umístitelnou na pohyblivé součásti,
9 9 9 9 9 • 9999 99 99 « 9 9 9 9 *
9999 9 99 9 99 ·· která obsahuje alespoň dvě dvojice periodických čárových vzorů, se senzorem pro optické detekování čárových vzorů a s počítačem pro výpočet polohy součásti na základě čárových vzorů zjištěných pomocí senzoru a periodičností, popřípadě fází, odvozených z těchto čárových vzorů.
Výhodná provedení vynálezu jsou předmětem vedlejších patentových nároků.
Podle jednoho výhodného provedení způsobu podle vynálezu mají dvojice čárových vzorů vždy alespoň jeden sinusový průběh a jeden kosinusový průběh, to znamená průběhy, které jsou vůči sobě fázově posunuty o 90°. Ukázalo se, že počítačové zpracování těchto periodických průběhů, popřípadě jejich uvedení do vzájemného vztahu, je velmi jednoduše proveditelné. Přitom je výhodné použít vždy jednu soustavu sinusových a kosinusových průběhů o stejné délce periody a různé amplitudě. Při vytvoření pravidelných odstupů mezi amplitudami určitého počtu sinusových průběhů, popřípadě kosinusových průběhů, je tak možno zaručit, že jednotlivé sinusové průběhy mají ve směru rozložení kolmo k hlavnímu směru rozložení čárových vzorů stále stejné odstupy od sebe navzájem.
S výhodou se úhly, popřípadě fázové polohy, jednotlivých dvojic čárových vzorů (ve směru pohybu součásti) určí vytvořením arcus tangens podílu fází, popřípadě periodičností, příslušných čárových vzorů (ve směru kolmém ke směru pohybu součásti). Vzniknou vztahy
PH1 = arctan (P1/P2), popřípadě arctan (F1/F2) a PH2 = arctan (P3/P4), popřípadě arctan (F3/F4), • · · ·
9999 9 9
9 9
9999 9 99
99 přičemž úhly, popřípadě fázové polohy, čárových vzorů jsou označeny jako PH1, PH2 a periodičnosti jsou označeny jako PÍ až P4, popřípadě F1 až F4.
Je výhodné, když se určovaný úhel zkrutu urči z takto zjištěných fázových poloh PH1, PH2 při použiti noniového principu.
Podle zvlášť výhodného provedení způsobu podle vynálezu se fázové polohy příslušných čárových vzorů určují kolmo ke směru zkrucování hřídele na periodicky se měnících odstupech mezi jednotlivými čarami příslušných čárových vzorů. Vytvořením více čar v jednom čárovém vzoru je možno účinně zamezit vzniku nepřesností, které jsou způsobeny například znečištěním.
Přitom se jako velmi výhodné ukázalo to, když sousední čáry jednotlivých čárových vzorů mají na (myšlené) čáře řezu kolmo ke směru zkrucování hřídel stále stejné odstupy od sebe. Tím se zjednoduší počítačové vyhodnocení pro získání fází, popřípadě fázových poloh PÍ až P4, například pomocí porovnávání vzorů nebo Fourierovy analýzy. Je nutno podotknout, že fáze, popřípadě periodičnosti, zde jsou definovány konkrétně existujícími odstupy Čar od sebe navzájem.
Podle dalšího výhodného provedení způsobu podle vynálezu se fáze čárových vzorů určují kolmo ke směru zkrucování hřídele na měnících se odstupech čar Čárového vzoru od skutečné nebo imaginární referenční čáry, která je paralelní se směrem zkrucování. Tento postup umožňuje vytvoření čárových vzorů s konstantními odstupy jednotlivých čar kolmo ke směru zkrucování hřídele. Elektronické, popřípadě počítačové, určení fázové polohy takových vzorů se známou délkou periody se může provádět jednoduše a «V» *· · · · * ···· «·· ··« · • · ··· ···« «··· · «« · ·· ·· levněji. Fáze jsou zde definovány odstupem příslušných čar od referenční čáry.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje v perspektivním (schematicky zjednodušeném) pohledu první příkladné provedení zařízení podle vynálezu, zejména k provádění způsobu podle vynálezu, obr. 2 průmět první výhodné záznamové stopy pro kódování z obr. 1, kterým je uskutečnitelné první výhodné provedení způsobu podle vynálezu, obr. 3 graf fází, popřípadě periodičností, vzniklých pomocí záznamové stopy z obr. 2 kolmo ke směru pohybu záznamové stopy, obr. 4 průmět další výhodné záznamové stopy pro kódování z obr. 1, kterým je uskutečnitelné druhé výhodné provedení způsobu podle vynálezu, obr. 5 graf fází vzniklých pomocí záznamové stopy z obr. 4 kolmo ke směru pohybu záznamové stopy, obr. 6 průmět další výhodné záznamové stopy pro kódování z obr. 1, kterým je uskutečnitelné třetí výhodné provedení způsobu podle vynálezu, a obr. 7 graf fází vzniklých pomocí záznamové stopy z obr. 6 kolmo ke směru pohybu záznamové stopy.
Příklady provedení vynálezu
Na obr. 1 je znázorněno první příkladné provedení 10 zařízení podle vynálezu. Toto zařízení TO obsahuje kódovací prstenec 3. umístěný na hřídeli 4, respektive nápravě, jehož úhlová poloha má být určena. Na kódovacím prstenci 3_ je například pomocí laseru • * * · · · * * ··· * ·· 9 nanesena záznamová stopa 2_. Směr X otáčení záznamové stopy 2. odpovídá směru otáčení hřídele 4. Kódovací prstenec 1 je pevně spojen s hřídelem 4, jehož úhel Phi zkroucení má být přesně určen.
Zařízení 10 má dále senzor dále označený jako CCD-řádek 1_, který je orientovaný kolmo ke směru pohybu záznamové stopy 2, a který je vůči hřídeli 4 a záznamové stopě 2 neotočný. Informace zjištěné CCD-řádkem 1 podle záznamové stopy 2. jsou pro další zpracování předávány do (schematicky znázorněného) počítače 5_.
Záznamová stopa 2_ je rozdělena na čtyři stopy, jak je znázorněno na obr. 2, které vždy obsahují uzavřené periodické vzory, například analogové sinusové a kosinusové průběhy. Přitom segmenty 2a, 2b tvoří první dvojici Čárového vzoru a segmenty 2c, 2d druhou dvojici Čárového vzoru. Periodičnosti dvojic čárových vzorů jsou dimenzovány tak, aby segmenty 2a a 2b měly na obvodu záznamové stopy 2. (směr X otáčení na 360°) n period a segmenty 2c a 2d naproti tomu n+1 period. Vzory obsahují vždy více čar s tou zvláštností, že odstupy mezi čarami podél snímací Čáry CCD-řádku 1_ (popřípadě libovolné imaginární čáry řezu kolmo ke směru X pohybu) jsou konstantní. Jednoduché uskutečnění tohoto vzoru je představováno nad sebou uspořádanými sinusovými a kosinusovými stopami s různými amplitudami, jak je znázorněno na obr. 2.
CCD-řádek 1_ zjišťuje v každé úhlové poloze hřídele 4 čtyři pravidelné ekvidistantní čárové vzory 2a’, 2b’, 2c ’, 2ď. Tyto čárové vzory 2a’. 2b’. 2c’, 2d’ jsou znázorněny na obr. 3 a do jisté míry představují zachycování kroutícího momentu záznamovými stopami. Periodičnost těchto čárových vzorů 2a’, 2b’, 2c’, 2ď se může určit v počítači 5. tvořícím vyhodnocovací elektroniku. Pomocí takového vyhodnocení se získají délky periodičností, popřípadě fáze P 1 až P4, kolmé ke směru X otáčení hřídele 4, které jsou přiřazeny příslušným • 44 · • 4444 4 4
4 4 «444 « ·* ·· zachycením kroutícího momentu Čárových vzorů 2a’, 2b’, 2c’, 2ď. Tyto délky periodičností, popřípadě fáze P1 až P4, podél snímací čáry potom slouží jako vstupní veličiny pro určení absolutní velikosti úhlů. Délky periodičností se mohou názorně zobrazit jako odstupy mezi sousedními čarami jednoho Čárového vzoru 2a’, 2b’, 2c’, 2ď.
Z fází P1 a P2 se zjišťuje úhel, popřípadě fázová poloha, první sinusové a kosinusové dvojice (první dvojice 2a. 2b čárového vzoru) vytvořením arcus tangens podílu fází P1 a P2 a z fázi P3 a P4 se odpovídajícím způsobem zjišťuje fázová poloha druhé dvojice čárových vzorů. Vzniknou dvě fázové hodnoty
PH1 = arctan (P1/P2) a
PH2 = arctan (P3/P4).
Obě tyto hodnoty se v rozsahu od 0 do 2π potom pomocí noniového principu, například pomocí modifikovaného noniového způsobu, který je známý například ze spisu DE 1 95 06 938 AI, přepočítají na jednoznačný absolutní polohový úhel Phi kódovacího prstence 3_ na obvodu kódovacího prstence popřípadě hřídele 4. Je nutno podotknout, že nejprve se jednoznačnost daná v rozsahu úhlu 180° pomocí analýzy znamének hodnot P1 až P4 rozšíří na rozsah úhlu 360°.
Pro určení polohového úhlu Phi hřídele 4 se nejprve vypočítá pracovní hodnota k z obou fázových hodnot PHI a PH2 podle vztahu = (n + l)PHl-«.PH2
360
Tato hodnota není zpravidla v důsledku chyby měření fázových hodnot PHI a PH2 celočíselná. Na základě matematického vztahu • « · 0 0 0 · · · • 0000 · 0 0 0 · Β 0 0
0 000 0000 0000 0 00 0 00 00 mezi fázovými hodnotami PHI a PH2 se však vyžaduje celočíselná velikost pracovní hodnoty k, takže jako výhodným se ukázalo, aby se pro další výpočet použilo pro pracovní hodnotu k nejblížší celé číslo. Kvůli zjednodušení bude toto nejblížší celé číslo v následujícím rovněž označováno jako k. Úhel zkrutu hřídele 4 se nyní vypočítá podle vztahu
Phi = (n + 1>P7/1 + n,PH2 - {2n +1^.360 2h.(íi +1)
Tento vztah zřetelně ukazuje redukci chyb danou způsobem podle vynálezu. Chyba fázových hodnot PH1 nebo PH2 se na hledaný úhel Phi přenese pouze v poměru přibližně 1/n.
Odchylka reálného čísla k od nejbližšího celého čísla, zde rovněž označeného jako k, může být použita jako míra spolehlivosti zjištěné naměřené hodnoty Phi.
Pomocí znázorněného zařízení 10 mohou být s použitím způsobu podle vynálezu prakticky automaticky korigovány nepřesnosti způsobené vestavěnými polohami CCD-řádku 1_, zatíženými tolerancemi. Přesazení CCD-řádku 1_ v podélném směru (znázorněné na obr. 1 šipkou Y) nehraje žádnou roli, protože je nutno určit pouze periodičnosti pravidelných vzorů. Výšková odchylka, to znamená odstup kódovacího prstence 3. od CCD-řádku 1, který se projeví zvětšením nebo zmenšením periodičností, se eliminuje vytvořením podílů, I šikmé polohy CCD-řádku 1_ mohou být v určitých mezích korigovány jednak zprůměrováním (v tomto případě by odstupy jednotlivých čar čárových vzorů již nebyly úplně konstantní) a jednak vytvořením arcus tangens.
· 0 *00 * · 0 * 000* »000 0 0 * * • 0 0·· » ♦ · · «··· * 00 · 0· ··
Rozšíření znázorněného způsobu na měření kroutícího momentu je uskutečnitelné známým způsobem pomocí druhého kódovacího prstence, který je natočitelný na dráze zkrutu v závislosti na kroutícím momentu. Docílitelná přesnost naměřených úhlů umožňuje v mnoha případech dostatečně přesné zjištění kroutícího momentu.
Je nutno poznamenat, že pomocí znázorněného způsobu je rovněž možno jednoduchým způsobem měřit i lineární dráhu. Například vzor znázorněný na obr. 2 může být natisknut na papír a nalepen na dráhu, která má být měřena. Měření se potom provádí pomocí stejné nebo podobné optiky a vyhodnocování.
Další výhodné příkladné provedení způsobu podle vynálezu nyní bude blíže objasněno podle obr. 4 a 5. U výše popsaného a znázorněného příkladného provedení způsobu podle vynálezu byly z fází závislých na poloze zjišťovány lokální informace o úhlech, které potom byly přepočítány pomocí noniového způsobu na celkový úhel. Protože pro optické, popřípadě elektronické, rozpoznávání různých, popřípadě proměnných, periodičností je zapotřebí určitých nákladů na hardware a software (například pro provádění Fourierových transformací), budou u nyní znázorněného druhého příkladného provedení způsobu podle vynálezu lokální informace o úhlech získávány z vůči sobě posunutých čárových vzorů s konstantní periodičností. Elektronické určení fázi těchto vzorů se známou délkou periody je možno uskutečnit velmi jednoduše a levně,
Vztahy na obr. 4 a 5 odpovídají vztahům na obr. 2 a 3. CCDřádek 1 je přitom rovněž uspořádán kolmo ke směru X pohybu záznamové stopy 2. Záznamová stopa 2_ je rozdělena na čtyři segmenty 2a, 2b, 2c. 2d, které opět obsahují vždy uzavřené periodické Čárové vzory, jako například sinusové a kosinusové průběhy. Periodičnosti těchto vzorů jsou dimenzovány tak, aby oba • * « * 6 6 «*· • 6«6« *66» 66* 6 • 6 *6» · 6 · 6 «66« 6 66 » 66 ·* první segmenty 2a a 2b. které tvoří první dvojici čárových vzorů, měly po obvodu záznamové stopy 2 (360°) n period a segmenty 2c a 2d m period, například n+1 period.
Na CCD-řádku i jsou znázorněny čárové vzory jako periodické struktury se známou a pevnou periodou, popřípadě periodičností, jak je znázorněno na obr. 5. Přitom jsou však vzory F1. F2, F3_, F4 ve fázovém vztahu k myšlené referenční čáře, to znamená k libovolné čáře ve směru X pohybu. Fázová posunutí popřípadě podléhají přídavně konstantnímu posunu (offset), který může být způsoben geometrií vestavění, popřípadě tolerancemi nebo vůlí. Protože tento konstantní posun je u všech čtyř segmentů stejný, může být jednoduše vypočítán při zohlednění skutečnosti, že fázové polohy F1 a F2. popřípadě fázové polohy F3 a F4. musí vždy odpovídat sinu a kosinu společného úhlu.
Další výpočet celkového úhlu se potom provede analogicky s vyhodnocením, které již bylo popsáno podle prvního příkladného provedení způsobu podle vynálezu.
Podle příkladného provedení záznamové stopy 2 pro provádění způsobu podle vynálezu, znázorněné na obr. 6 a 7, je na rozdíl od druhého výhodného příkladného provedení navíc k čárovým vzorům 2a až 2d upraven na středním segmentu záznamové stopy 2 další čárový vzor 2e, který obsahuje čárový vzor s přímými čarami, sloužící jako referenční vzor. Použití takového referenčního vzoru explicitně uskutečněného na záznamové stopě 2. se ukázalo výhodným při počítačovém vyhodnocení fázových poloh F1 až F4. Na základě tohoto pátého čárového vzoru 2e je například možné přímo zjistit konstantní posun, který je způsoben geometrií vestavění nebo tolerancí, protože přímé čáry jsou posunuty přesně o tuto hodnotu konstantního posunu.
Claims (9)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob optického zjišťování naměřených dat rotačně nebo translačně pohyblivé součásti, zejména optického zjišťování úhlu, kroutícího momentu nebo dráhy, při němž se- připraví první dvojice periodických čárových vzorů (2a, 2b), rozkládajících se ve směru pohybu součásti, které mají v rozsahu pohybu pohyblivé součásti, zejména na definované dráze nebo v úhlovém rozsahu, například 360°, vždy n period, přičemž čárové vzory (2a, 2b) se ve směru pohybu součásti nacházejí v navzájem pevném fázovém vztahu,- připraví se druhá dvojice periodických čárových vzorů (2c, 2d), rozkládajících se ve směru pohybu součásti, které mají v rozsahu pohybu pohyblivé součásti, zejména na definované dráze nebo v úhlovém rozsahu, například 360°, vždy m, zejména n + 1, period, přičemž čárové vzory (2c, 2d) se ve směru pohybu součásti nacházejí v navzájem pevném fázovém vztahu,- zjistí se příslušné periodičnosti, popřípadě fáze (Pl, P2, Fl, F2), čárových vzorů (2a, 2b) první dvojice vzhledem k referenční hodnotě kolmo ke směru pohybu součásti,- zjistí se příslušné periodičnosti, popřípadě fáze (P3, P4, F3, F4), čárových vzorů druhé dvojice vzhledem k referenční hodnotě kolmo ke směru pohybu součásti,- na základě periodičnosti, popřípadě fází (Pl, P2, Fl, F2), se urči fázová poloha (PH1) první dvojice čárových vzorů (2a, 2b),- na základě periodičnosti, popřípadě fází (P3, P4, F3, F4), se určí fázová poloha (PH2) druhé dvojice čárových vzorů (2c, 2d) a-na základě fázových poloh (PH1, PH2) se určí poloha součásti, ··· · · · · · * • 9··9 · · 9 · · · · 9 • · 9 9 > 99·· • 999 · 99 9 99 ··
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že čárové vzory (2a, 2b, 2c, 2d) obsahují vždy alespoň jeden sinusový průběh a alespoň jeden kosinusový průběh, zejména větší počet sinusových a kosinusových průběhů vždy stejné délky period a různé amplitudy.
- 3. Způsob podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že fázové polohy (PH1, PH2) se vypočítají ze vztahůPH1 = arctan (P1/P2), popřípadě arctan (F1/F2) aPH2 = arctan (P3/P4), popřípadě arctan (F3/F4).
- 4. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že úhel zkrutu hřídele (4) se určí z fázových poloh (PH1, PH2) při použití noniového principu,
- 5. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že prostřednictvím periodicky se měnících odstupů mezi jednotlivými čarami příslušných čárových vzorů (2a, 2b, 2c, 2d) se určí periodičnosti, popřípadě fáze (Pl, P2, P3, P4), Čárových vzorů kolmo ke směru otáčení hřídele.
- 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že sousední čáry jednotlivých čárových vzorů (2a, 2b, 2c, 2d) mají na čáře řezu kolmo ke směru otáčení hřídele stále stejné odstupy od sebe.
- 7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že prostřednictvím měnících se odstupů čar čárových vzorů od skutečné nebo imaginární referenční čáry, popřípadě od referenčního čárového vzoru (2a), se určí fáze (Fl, F2, F3, F4) čárových vzorů kolmo ke směru otáčení hřídele (4), přičemž jednotlivé čáry čárových vzorů mají ve směru pohybu součásti stále stejné odstupy od sebe.• · · »· 0 · · « * ♦··· * · · » »*· « * · · · * · · · · 0»·· · ·· · ·· ··
- 8. Zařízení k optickému zjišťování naměřených dat rotačně nebo translaČně pohyblivé součásti (4), zejména optického zjišťování úhlu, kroutícího momentu nebo dráhy, způsobem podle jednoho z předcházejících nároků, se záznamovou stopou (2) umístitelnou na pohyblivé součásti, která obsahuje alespoň dvě dvojice periodických Čárových vzorů (2a, 2b, 2c, 2d), se senzorem (1) pro optické detekování čárových vzorů a s počítačem (5) pro výpočet polohy součásti (4) na základě čárových v2orů zjištěných pomocí senzoru (1) a periodičností, popřípadě fází, odvozených z těchto čárových vzorů.
- 9. Kódovací prstenec pro použití u způsobu podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 7 nebo u zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dvě dvojice čárových vzorů (2a, 2b, 2c, 2d), přičemž první dvojice má po obvodu kódovacího prstence n period, druhá dvojice má po obvodu kódovacího prstence m, zejména n+1, period, a čárové vzory příslušných dvojic jsou vůči sobě v pevném fázovém vztahu.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10140616A DE10140616A1 (de) | 2001-08-18 | 2001-08-18 | Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messdatenerfassung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20031304A3 true CZ20031304A3 (cs) | 2003-10-15 |
| CZ303886B6 CZ303886B6 (cs) | 2013-06-12 |
Family
ID=7695911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20031304A CZ303886B6 (cs) | 2001-08-18 | 2002-06-19 | Zpusob a zarízení k optickému zjistování namerených dat a kódovací prstenec pro pouzití u tohoto zpusobu a zarízení |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7064316B2 (cs) |
| EP (1) | EP1421340B1 (cs) |
| JP (1) | JP2005500548A (cs) |
| AU (1) | AU2002319092B2 (cs) |
| CZ (1) | CZ303886B6 (cs) |
| DE (2) | DE10140616A1 (cs) |
| ES (1) | ES2240769T3 (cs) |
| WO (1) | WO2003019117A1 (cs) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2859123B1 (fr) * | 2003-08-28 | 2006-12-01 | Frank Et Pignard Ets | Arbre equipe d'une bague optique et procede de fabrication de cet arbre |
| WO2005116602A1 (en) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Nsk Ltd. | Rolling bearing unit with load measuring unit |
| EP2079989A2 (en) * | 2006-10-30 | 2009-07-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Positioning apparatus |
| EP2060324A1 (en) * | 2007-11-13 | 2009-05-20 | F.Hoffmann-La Roche Ag | Thermal block unit |
| US8077303B2 (en) * | 2009-11-30 | 2011-12-13 | Bi Technologies Corporation | Rotation and differential angle optical sensor with short optical sensing array |
| US8077301B2 (en) * | 2009-11-30 | 2011-12-13 | Bi Technologies Corporation | Rotation and differential angle optical sensor with integral bearing races |
| US8077302B2 (en) * | 2009-11-30 | 2011-12-13 | Bi Technologies Corporation | Rotation and differential angle optical sensor which does not require keyed installation |
| US8218134B2 (en) * | 2009-11-30 | 2012-07-10 | Bi Technologies Corporation | Rotation and differential angle optical sensor with non-transition pattern sampling |
| US9650066B2 (en) * | 2014-09-02 | 2017-05-16 | Nsk Ltd. | Electric power steering apparatus |
| KR20170040922A (ko) * | 2015-10-06 | 2017-04-14 | 삼성전자주식회사 | 회전 입력 측정 방법 및 장치 |
| CN105973281B (zh) * | 2016-05-06 | 2018-06-12 | 东南大学 | 一种增量式直线旋转两自由度位置检测装置 |
| DE102018009227A1 (de) * | 2018-11-26 | 2020-05-28 | Günther Zimmer | Spannsystem mit einer hubüberwachten Spannvorrichtung |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5237391A (en) * | 1988-11-23 | 1993-08-17 | The Boeing Company | Multitrack multilevel sensing system |
| DE4225319A1 (de) * | 1992-07-31 | 1994-02-03 | Trumpold Harry Prof Dr Ing Hab | Absolut-Längenmeßsystem zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte |
| EP0777851B1 (en) * | 1994-08-25 | 2000-10-25 | Trw Lucas Varity Electric Steering Limited | Displacement sensor and torque sensor |
| DE19506938A1 (de) | 1995-02-28 | 1996-08-29 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Winkelmessung bei einem drehbaren Körper |
| DE19855064B4 (de) * | 1998-11-28 | 2004-07-01 | Leopold Kostal Gmbh & Co Kg | Lenkwinkelsensor |
| AUPP777898A0 (en) * | 1998-12-17 | 1999-01-21 | Bishop Innovation Pty Limited | Position sensor |
| DE19916217A1 (de) | 1999-04-10 | 2000-10-26 | Tr Electronic Gmbh | Absolutes Positionsmeßsystem |
| US6545262B1 (en) * | 1999-06-04 | 2003-04-08 | Dr. Johannes Heidenhein Gmbh | Position measuring system |
| US6679126B2 (en) * | 2001-07-10 | 2004-01-20 | Control Devices | System and method for measuring torque using filtration of light to detect angular displacement of a pair of wheels |
| US6817528B2 (en) * | 2001-07-17 | 2004-11-16 | Honeywell International Inc. | Reflective apparatus and method for optically sensing relative torque employing Moirè fringes |
-
2001
- 2001-08-18 DE DE10140616A patent/DE10140616A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-06-19 WO PCT/DE2002/002238 patent/WO2003019117A1/de active IP Right Grant
- 2002-06-19 US US10/433,550 patent/US7064316B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-06-19 EP EP02748599A patent/EP1421340B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-19 JP JP2003523937A patent/JP2005500548A/ja active Pending
- 2002-06-19 ES ES02748599T patent/ES2240769T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-19 CZ CZ20031304A patent/CZ303886B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2002-06-19 AU AU2002319092A patent/AU2002319092B2/en not_active Ceased
- 2002-06-19 DE DE50202856T patent/DE50202856D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2003019117A1 (de) | 2003-03-06 |
| EP1421340B1 (de) | 2005-04-20 |
| ES2240769T3 (es) | 2005-10-16 |
| CZ303886B6 (cs) | 2013-06-12 |
| EP1421340A1 (de) | 2004-05-26 |
| DE10140616A1 (de) | 2003-03-06 |
| DE50202856D1 (de) | 2005-05-25 |
| US20040056184A1 (en) | 2004-03-25 |
| US7064316B2 (en) | 2006-06-20 |
| JP2005500548A (ja) | 2005-01-06 |
| AU2002319092B2 (en) | 2006-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1980824B1 (en) | Absolute position length-measurement type encoder | |
| CZ20031304A3 (cs) | Způsob a zařízení k optickému zjišťování naměřených dat a kódovací prstenec pro použití u tohoto způsobu a zařízení | |
| US7253395B2 (en) | Absolute encoder employing concatenated, multi-bit, interpolated sub-encoders | |
| TWI519766B (zh) | 位置判定方法及裝置 | |
| US7321113B2 (en) | Precision material-handling robot employing high-resolution, compact absolute encoder | |
| US4794251A (en) | Apparatus for measuring lengths or angles | |
| EP1360461B1 (en) | Position determination system | |
| JP2012037392A5 (cs) | ||
| JP6497848B2 (ja) | アブソリュートエンコーダ、処理方法、プログラム、駆動装置、および産業機械 | |
| EP1544580B1 (en) | Angle detecting sensor | |
| Giniotis et al. | Optical method for the calibration of raster scales | |
| US20080011043A1 (en) | Circuit configuration and method for ascertaining tilt errors in connection with a position-measuring device | |
| JP3021805B2 (ja) | 測尺装置 | |
| CN109564108A (zh) | 传感器装置 | |
| JP4783698B2 (ja) | 電磁誘導式エンコーダ | |
| EP3663724B1 (en) | Absolute rotary encoder and apparatus | |
| CN115950345A (zh) | 测量数据处理器、位置测量设备和计算机实现的方法 | |
| JP2002250639A (ja) | 絶対位置検出エンコーダ | |
| JPS61149822A (ja) | 位相誤差補正装置 | |
| EP2733469B1 (en) | Measurement apparatus, measurement method, and absolute encoder | |
| JP4146133B2 (ja) | リニアエンコーダ | |
| Repo et al. | Measurement method for the identification of individual teeth in milling operations | |
| Giniotis et al. | Traceability enhancement in angle measurements | |
| JP2000283716A (ja) | 相対位置計測装置 | |
| JPS63115011A (ja) | 変位測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20130903 |