DE10019499A1 - Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger und hiermit korrespondierende Beschriftungsvorrichtung - Google Patents

Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger und hiermit korrespondierende Beschriftungsvorrichtung

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Abstract

Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger (2), insbesondere ein Polrad (2), mit einem Signalträgerzentrum (4), wobei der Signalträger (2) in einer Beschriftungsvorrichtung mit einer Rotationsachse (1) befestigt und um die Rotationsachse (1) rotiert wird, wobei auf dem Signalträger (2) mittels einer Beschriftungseinrichtung (3) rotationswinkelabhängig eine Markierung (M) aufgebracht wird, wobei eine Exzentrizität (E) des Signalträgerzentrums (4) relativ zur Rotationsachse (1) erfasst und beim Aufbringen der Markierung (M) korrigierend berücksichtigt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger, insbesondere ein Polrad, mit einem Signalträgerzentrum, wobei der Signal­ träger in einer Beschriftungseinrichtung mit einer Rotations­ achse befestigt und um die Rotationsachse rotiert wird, wobei auf den Signalträger rotationswinkelabhängig eine Markierung aufgebracht wird, sowie eine hiermit korrespondierende Be­ schriftungsvorrichtung.
Ein derartiges Beschriftungsverfahren und die hiermit korres­ pondierende Beschriftungsvorrichtung sind allgemein bekannt.
Beim Beschriften rotationssymmetrischer Signalträger spielt die Genauigkeit der Signalträgeraufnahme eine bedeutende Rol­ le. Aufgrund von Passungen und sonstigen Toleranzen ergeben sich bezüglich der Beschriftungsvorrichtung und einer Lese­ vorrichtung beim Anwender unterschiedliche Rotationspunkte. Die Abweichung der Rotationspunkte ergibt beim Endanwender zum Teil nicht vernachlässigbare Polteilungsfehler aufgrund der Exzentrizität beim Schreiben und beim Lesen.
Bisher wurde versucht, die Exzentrizität sowohl der Beschrif­ tungsvorrichtung als auch die Exzentrizität der Lesevorrich­ tung zu minimieren. Dabei wurde ein erheblicher Aufwand in die Genauigkeit der Justierungen gesteckt. Beispielsweise wurden hochgenau gefertigte Schreibeinrichtungen und Signal­ trägeraufnahmen mit eng tolerierten Passungen oder vorge­ spannte, kein Spiel zulassende Lager verwendet. Alle bisher verwendeten Lösungsansätze haben aber den Nachteil, dass sie entweder teuer oder aber verschleißbehaftet sind. Ferner lässt sich ein Restfehler aufgrund von Herstellungstoleranzen nicht völlig vermeiden.
In der älteren Deutschen Patentanmeldung 199 47 121.5 ist ein Verfahren beschrieben, mittels dessen sich eine etwaige Ex­ zentrizität beim Lesen des Signalträgers kompensieren lässt. Die dort beschriebene Vorgehensweise setzt aber einen fehler­ freien Signalträger voraus. Insbesondere muss auch die Mar­ kierung exakt richtig auf dem Signalträger aufgebracht sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Be­ schriftungsverfahren zu schaffen, mittels dessen auf einfache Weise ein praktisch fehlerfreies Beschriften des Signalträ­ gers möglich ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Exzentrizität des Signalträgerzentrums relativ zur Rotationsachse erfasst und beim Aufbringen der Markierung korrigierend berücksichtigt wird.
Denn aufgrund des Erfassens der Exzentrizität lässt sich aus dem Rotationswinkel bezüglich der Rotationsachse in einfacher Weise ein korrespondierender Rotationswinkel bezüglich des Signalträgerzentrums errechnen. Es muss daher lediglich an­ stelle der zum Rotationswinkel um die Rotationsachse gehöri­ gen Markierung die mit dem Rotationswinkel bezüglich des Sig­ nalträgerzentrums korrespondierende Markierung aufgebracht werden.
Wenn der Signalträger vor dem Aufbringen der Markierung min­ destens eine vollständige Umdrehung um die Rotationsachse ausführt, arbeitet das Verfahren besonders einfach und genau.
Wenn die erfasste Exzentrizität einer Fourieranalyse unterzo­ gen wird, ist die Exzentrizität besonders einfach in Phase und Betrag ermittelbar.
Wenn das Aufbringen der Markierung relativ zum Erfassen der Exzentrizität um einen Grundphasenversatz bezüglich der Rota­ tionsachse versetzt erfolgt, ist die Beschriftung auf beson­ ders einfache Weise möglich, da dann aufgrund des Winkelver­ satzes auch ein Zeitversatz beim Beschriften gegeben ist.
Wenn der Grundphasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist, vereinfacht sich das Verfahren noch weiter, da dann die korrespondierenden Rechnungen einfacher durchzuführen sind. Dies gilt insbesondere bei einem Grundphasenversatz von 180°, da dann lediglich Vorzeichen zu vertauschen sind.
Wenn auch ein Flattern des Signalträgers bezüglich einer zur Rotationsachse senkrechten Rotationsebene erfasst und beim Aufbringen der Markierung korrigierend berücksichtigt wird, ist das Aufbringen der Markierung noch genauer möglich. Ins­ besondere kann beispielsweise die Beschriftungseinrichtung bezüglich des Signalträgers nachgeführt werden.
Wenn das Erfassen des Flatterns relativ zum Erfassen der Ex­ zentrizität um einen Zusatzphasenversatz bezüglich der Rota­ tionsachse versetzt erfolgt, ist das Verfahren einfacher durchführbar. Auch der Zusatzphasenversatz ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches von 90°.
Das Erfassen der Exzentrizität und das Erfassen des Flatterns sind auf besonders einfache Weise genau durchführbar, wenn sie über Messtaster erfolgen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung
Fig. 1 eine Beschriftungsvorrichtung von oben,
Fig. 2 die Beschriftungsvorrichtung von Fig. 1 von der Seite und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm.
Gemäß den Fig. 1 und 2 weist eine Beschriftungsvorrichtung ei­ ne Rotationsachse 1 auf. Auf der Rotationsachse 1 ist ein ro­ tationssymmetrischer Signalträger 2, hier ein Polrad 2, be­ festigt. Der Signalträger 2 wird in der Beschriftungsvorrich­ tung um die Rotationsachse 1 rotiert. Während des Rotierens wird dabei auf den Signalträger 2 von einer Beschriftungsein­ richtung 3 rotationswinkelabhängig eine Markierung M aufge­ bracht.
Der Signalträger 2 weist ein Signalträgerzentrum 4 auf. In der Regel ist das Signalträgerzentrum 4 nicht exakt zentrisch bezüglich der Rotationsachse 1 befestigt, sondern weist rela­ tiv zu dieser eine Exzentrizität E auf. Zum Erfassen dieser Exzentrizität E weist die Beschriftungsvorrichtung daher ei­ nen Grundmesstaster 5 auf. Mittels des Grundmesstasters 5 wird die Exzentrizität E erfasst. Diese kann daher beim Auf­ bringen der Markierung M korrigierend berücksichtigt werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, bildet der Grundmesstaster 5 mit der Rotationsachse 1 eine Erfassungsachse 6, die Be­ schriftungseinrichtung 3 mit der Rotationsachse 1 eine Be­ schriftungsachse 7. Die Erfassungsachse 6 und die Beschrif­ tungsachse 7 schneiden sich unter rechten Winkeln. Je nach­ dem, ob der Signalträger 2 in Richtung eines Pfeiles A oder entgegengesetzt hierzu rotiert wird, erfolgt das Aufbringen der Markierung M relativ zum Erfassen der Exzentrizität E so­ mit um einen Grundphasenversatz von 90° bzw. 270° bezüglich der Rotationsachse 1 versetzt.
Der Grundphasenversatz kann prinzipiell beliebig gewählt wer­ den. Vorzugsweise sollte er aber ein ganzzahliges Vielfaches von 90° sein. Insbesondere müssen bei einem Phasenversatz von 90° bzw. 270° lediglich Sinusbeziehungen durch Cosinusbezie­ hungen und umgekehrt ersetzt werden. Bei 180° sind sogar le­ diglich Vorzeichenwechsel erforderlich. Es ist sogar möglich, dass der Grundphasenversatz 360° beträgt, die Beschriftungs­ einrichtung 3 also am Ort des Grundmesstasters 5 angeordnet ist, die Markierung M aber eine Umdrehung später aufgebracht wird.
Wie ferner aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die Be­ schriftungsvorrichtung auch einen Zusatzmesstaster 8 auf. Mittels des Zusatzmesstasters 8 wird ein Flattern h des Sig­ nalträgers 2 bezüglich einer zur Rotationsachse 1 senkrechten Rotationsebene 9 erfasst. Auch das Flattern h kann daher beim Aufbringen der Markierung M korrigierend berücksichtigt wer­ den. Die korrigierende Berücksichtigung kann beispielsweise darin bestehen, dass die Beschriftungseinrichtung 3, wie in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil B angedeutet, entsprechend dem Flattern h des Signalträgers 2 nachgeführt wird.
Gemäß Fig. 2 ist der Zusatzmesstaster 8 ebenfalls auf der Be­ schriftungsachse 7 angeordnet. Das Erfassen des Flatterns h erfolgt somit relativ zum Erfassen der Exzentrizität E um ei­ nen Zusatzphasenversatz von 270° bzw. 90° bezüglich der Rota­ tionsachse 1 versetzt. Auch der Zusatzphasenversatz beträgt somit ein ganzzahliges Vielfaches von 90°.
Das erfindungsgemäße Beschriftungsverfahren wird nunmehr nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 nochmals beschrieben.
Gemäß Fig. 3 wird zunächst in einem Schritt 11 der Signalträ­ ger 2 auf der Rotationsachse 1 befestigt. Sodann wird in ei­ nem Schritt 12 der Signalträger 2 um Rotationswinkel α um die Rotationsachse 1 rotiert. Dabei wird in einem Schritt 13 vom Zusatzmesstaster 8 ein Flattern h(α) erfasst, vom Grund­ messtaster 5 eine Auslenkung 1(α). Die erfassten Werte h(α), 1(α) werden an eine Steuereinheit 10 übermittelt, welche diese Werte h(α), 1(α) zunächst speichert.
Die Schritte 12 und 13 werden so lange wiederholt, bis in ei­ nem Schritt 14 festgestellt wird, dass der Signalträger 2 ei­ ne vollständige Umdrehung um die Rotationsachse 1 ausgeführt hat. Wenn dies der Fall ist, wird mit einem Schritt 15 fort­ gefahren.
Als nächstes müssen die Exzentrizität E und das Flattern h ermittelt werden. Am einfachsten geschieht dies durch eine Ermittlung der Minimal- und Maximalwerte nebst Erfassung der korrespondierenden Rotationswinkel α. Um aber zusätzlich auch geometrische Radfehler eliminieren zu können, erfolgt die Ermittlung von Exzentrizität E und Flattern h über Fou­ rieranalysen.
Es wird also im Schritt 15 zunächst die Auslenkung 1(α) mit­ tels einer schnellen Fouriertransformation (FFT) einer Fou­ rieranalyse unterzogen. Die Amplitude der Grundschwingung er­ gibt dann den Betrag der Exzentrizität E. Über die Phasenbe­ ziehung der Grundschwingung zum Rotationswinkel α lässt sich auf einfache Weise der Winkel bestimmen, bei dem das Signal­ trägerzentrum 4 exakt zwischen der Rotationsachse 1 und dem Grundmesstaster 5 liegt. Der vereinfachten Darstellung halber wird im folgenden angenommen, dass dieser Winkel 0° beträgt.
Sodann wird in einem Schritt 16 in analoger Weise das Flat­ tern h(α) mittels einer schnellen Fouriertransformation (FFT) einer Fourieranalyse unterzogen. Auf analoge Weise wie beim Bestimmen der Exzentrizität E lassen sich Maximum und Phasenbeziehung des Flatterns h relativ zum Rotationswinkel α bestimmen.
Sodann wird in einem Schritt 17 der Signalträger 2 wieder um Rotationswinkel α rotiert. Dabei wird - selbstverständlich unter Berücksichtigung des Grundphasenversatzes und des Zu­ satzphasenversatzes - die Beschriftungseinrichtung 3 in einem Schritt 18 nachgeführt. Ferner wird in einem Schritt 19 ein Signalträgerwinkel ψ bestimmt, den der Grundmesstaster 5 bzw. die Beschriftungseinrichtung 3 mit dem Signalträgerzent­ rum 4 bildet. Der Signalträgerwinkel ψ ergibt sich zu

ψ = α + arcsin (E/r sin (α)) mit
r2 = l2 - 2 l E cos α + E2.
Mittels der Beschriftungseinrichtung 3 wird nunmehr in einem Schritt 20 - selbstverständlich unter Berücksichtigung des Grundphasenversatzes - die zu diesem Signalträgerwinkel ψ zugeordnete Markierung M auf den Signalträger 2 aufgebracht. Soweit erforderlich, wird hierbei die Beschriftungseinrich­ tung 3 entlang der Beschriftungsachse 7 verschoben. Dies ist in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil C angedeutet. Sodann wird in einem Schritt 21 abgefragt, ob alle Rotationswinkel α durch­ laufen sind. Je nach dem Ergebnis des Vergleichs wird entwe­ der zum Schritt 17 zurückgesprungen oder das Verfahren ist abgeschlossen.
Mit dem erfindungsgemäßen Beschriftungsverfahren lässt sich auf einfache Weise eine absolut winkeltreue Beschriftung des Signalträger 2 erreichen.

Claims (11)

1. Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger (2), insbesondere ein Polrad (2), mit einem Sig­ nalträgerzentrum (4),
wobei der Signalträger (2) in einer Beschriftungsvorrich­ tung mit einer Rotationsachse (1) befestigt und um die Ro­ tationsachse (1) rotiert wird,
wobei auf den Signalträger (2) mittels einer Beschriftungs­ einrichtung (3) rotationswinkelabhängig eine Markierung (M) aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Ex­ zentrizität (E) des Signalträgerzentrums (4) relativ zur Ro­ tationsachse (1) erfasst und beim Aufbringen der Markierung (M) korrigierend berücksichtigt wird.
2. Beschriftungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalträger (2) vor dem Aufbringen der Markierung (M) mindestens eine vollständi­ ge Umdrehung um die Rotationsachse (1) ausführt.
3. Beschriftungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die erfasste Exzentrizität (E) einer Fourieranalyse unterzogen wird.
4. Beschriftungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, dass das Aufbrin­ gen der Markierung (M) relativ zum Erfassen der Exzentrizität (E) um einen Grundphasenversatz bezüglich der Rotationsachse (1) versetzt erfolgt.
5. Beschriftungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundphasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist.
6. Beschriftungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch ein Flattern (h) des Signalträgers (2) bezüglich einer zur Rota­ tionsachse (1) senkrechten Rotationsebene (9) erfasst und beim Aufbringen der Markierung (M) korrigierend berücksich­ tigt wird.
7. Beschriftungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Flat­ terns (h) relativ zum Erfassen der Exzentrizität (E) um einen Zusatzphasenversatz bezüglich der Rotationsachse (1) versetzt erfolgt.
8. Beschriftungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzphasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist.
9. Beschriftungsvorrichtung zur Durchführung des Beschrif­ tungsverfahrens nach einem der obigen Ansprüche.
10. Beschriftungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Erfassen der Ex­ zentrizität (E) einen Grundmesstaster (5) aufweist.
11. Beschriftungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 zur Durchführung des Beschriftungsverfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Erfassen des Flatterns (h) einen Zusatzmesstas­ ter (8) aufweist.
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