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Die
Erfindung betrifft eine Positionsmessvorrichtung für einen
Aktor zur Messung einer Position eines Aktorglieds des Aktors in
einem Bewegungsraum eines Aktor-Gehäuses, das in dem Bewegungsraum
entlang einer Messstrecke der Positionsmessvorrichtung beweglich
angeordnet ist, und mit einer Ausgabe-Schnittstelle zur Ausgabe
eines von der Position des Aktorglieds entlang der Messstrecke abhängigen
analogen Positionssignals.
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Eine
derartige Positionsmessvorrichtung, die analog arbeitet, ist aus
der
DE 102 27 019
A1 bekannt. Dort ist eine langgestreckte Messspule offenbart,
die sich entlang eines Bewegungswegs eines Aktorglieds bewegt, das
einen Permanentmagneten trägt. Die Messspule definiert
eine Messstrecke. Das Ausgabesignal wird durch eine Brückenspannung gebildet,
die sich analog zur Auslenkung des am Aktorglied befestigten Magneten
aus der Spulenmitte verändert.
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Das
Positionssignal wird beispielsweise einer speicherprogrammierbaren
Steuerung zugeführt, die hierfür einen Analogeingang
aufweist. Die Übertragungsgenauigkeit des Positionssignals
hängt von der Maximalausgabeamplitude und Maximalausgabeauflösung
der Positionsmessvorrichtung bzw. von der Maximaleingangsamplitude
und Maximaleingangsauflösung des Eingangs für
das Positionssignal ab.
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Für
konventionelle Messungen mag diese Messgenauigkeit genügen.
Es gibt allerdings auch Positionsmessvorrichtungen, beispielsweise
auf Mikrowellenbasis arbeitende Positionsmessvorrichtungen, die
eine höhere Messgenauigkeit aufweisen.
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Beispielsweise
ist in der
EP 1 752
792 A1 eine Mikrowellen-Positionsmessvorrichtung erläutert. Die
mit einer solchen Positionsmessvorrichtung erzielbare Messgenauigkeit
geht auf einem analogen Übertragungsweg in der Regel verloren.
Es ist nämlich meist nicht möglich, eine Maximalausgabeamplitude
oder Maximalausgabeauflösung für das Positionssignal
derart groß zu gestalten, dass die Position mit hinreichender
Genauigkeit von der Positionsmessvorrichtung zur beispielsweise
der Steuerung übertragen werden kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionsmessvorrichtung
für einen Aktor bereit zu stellen, mit der eine Übertragung
des analogen Positionssignals mit hoher Genauigkeit möglich
ist.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist bei einer Positionsmessvorrichtung
der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Positionssignal
ein Fein-Positionssignal enthält oder ist, das zu einer
Fein-Positionsausgabe einer Position des Aktorglieds auf mindestens
einem Teilabschnitt der Messstrecke einen oder mehrere Teilabschnittsgradienten
aufweist, dass der mindestens eine Teilabschnittsgradient größer
als ein Gesamt-Gradient ist oder die dem mindestens einen Teilabschnitt
zugeordneten Teilabschnittsgradienten insgesamt im Mittel größer
als der Gesamt-Gradient sind, mit dem alle Positionen innerhalb
einer Maximalausgabeamplitude eines Positionssignals entlang der
gesamten Messstrecke ausgebbar sind.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung ist es, auf einem oder mehreren Teilabschnitten
der Messstrecke ein Positionssignal mit einer höheren,
feinen Auflösung auszugeben. Der Signalhub oder zumindest ein
Teil davon, den die Positionsmessvorrichtung an der Ausgabe-Schnittstelle
erzeugen kann, wird ganz oder zumindest in einem wesentlichen Teil
für den Teilabschnitt der Messstrecke und nicht etwa für
die gesamte Messstrecke verwendet. Somit können die jeweiligen
Positionen des Aktorgliedes auf dem Teilabschnitt mit höherer Übertragungs genauigkeit
von der Positionsmessvorrichtung beispielsweise zu einer Steuerung,
insbesondere einer speicherprogrammierbaren Steuerung, übertragen
werden.
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Das
Fein-Positionssignal ist über den mindestens einen Teilabschnitt
zweckmäßigerweise linear oder zumindest im Wesentlichen
linear. Der Teilabschnittsgradient bildet somit einen Gesamt-Teilabschnittsgradienten über
den gesamten Teilabschnitt.
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Es
versteht sich, dass bei einem nicht linearen Verlauf auf dem Teilabschnitt
mehrere Teilabschnittsgradienten möglich sind. Deren Mittel,
insbesondere deren arithmetisches Mittel, ist größer
als der Gesamt-Gradient, der an sich zur Darstellung aller Positionen
innerhalb der Maximalausgabeamplitude der Ausgabe-Schnittstelle
zur Verfügung steht.
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Die
Positionsmessvorrichtung ist vorzugsweise zur Ausgabe des Fein-Positionssignals
mit einem sägezahnartigen Verlauf ausgestaltet. Beispielsweise
sind mehrere Teilabschnitte unmittelbar nebeneinander oder mit Abstand
zueinander angeordnet, wobei sich bei der Darstellung Fein-Positionssignals über
die jeweiligen Teilabschnitte ein sägezahnartiger Verlauf
ergibt. Es versteht sich, dass bei beabstandeten Teilabschnitten
jeweils zwischen den Rampen Abschnitte des Fein- Positionssignals mit
gleichbleibender Amplitude bzw. Signalhöhe vorgesehen sein
können.
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Zweckmäßigerweise
sind die Teilabschnitte äquidistant. Beispielsweise folgen
die Teilabschnitte unmittelbar aufeinander. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn
die Teilabschnitte eine gleiche Länge aufweisen.
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Wie
gesagt, müssen die Teilabschnitte, auf denen das Positionssignal
mit einer feinen, hohen Auflösung übertragen wird,
nicht unmittelbar aufeinander folgen. Beispielsweise ist es vorteilhaft,
wenn an einem jeweiligen Endanschlagsbereich oder einem zwischen
Endanschlägen liegenden Feinpositionierbereich jeweils
ein Teilabschnitt vorgesehen ist, an dem die Positionsmessvorrichtung
das Fein-Positionssignal erzeugt.
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Vorzugsweise
hat die Positionsmessvorrichtung auch Mittel zur Erzeugung eines
Grob-Positionssignals, das im Vergleich zu der Fein-Positionsausgabe
weniger exakt ist, dafür aber vorzugsweise die gesamte
Messstrecke oder einen wesentlich größeren Teil
als der Teilabschnitte abdeckt. Das Grob-Positionssignal steht zweckmäßigerweise
an einer Grobpositions-Schnittstelle zur Verfügung, die vorteilhaft
einen Bestandteil der Ausgabe-Schnittstelle bildet. Mit Hilfe des
Grob-Positionssignals ist es beispielsweise möglich, eine
ab solute Position des Aktorglieds entlang der Messstrecke auszugeben, während
die Fein-Positionsausgabe zusätzlich zu der Grobposition
eine relative Positionsangabe ist.
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Das
Grob-Positionssignal kennzeichnet beispielsweise den jeweiligen
Teilabschnitt, auf dem die Positionsmessvorrichtung aktuell das
Fein-Positionssignal erzeugt.
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Das
Grobpositions-Signal ist vorzugsweise ein Analogsignal. Das Grobpositions-Signal
kann beispielsweise ein lineares, sich über die gesamte Messstrecke
erstreckendes Analogsignal sein.
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Es
ist aber auch möglich, dass das Grobpositions-Signal beispielsweise
einen stufenförmigen Verlauf hat. Ferner kann das Grob-Positionssignal
in der Art eines Zählerausgangs realisiert sein, so dass der
jeweilige Zählerwert, der auf Seiten des Empfängers,
beispielsweise der Steuerung, mitzuzählen ist, die grobe
Position des Aktorglieds auf der Messstrecke kennzeichnet.
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Vorteilhaft
hat die Positionsmessvorrichtung einen Schaltausgang zur Ausgabe
eines Pulsweiten-Ausgabesignals, wobei eine Pulsweite des Pulsweiten-Ausgabesignals
den mindestens einen Teilabschnitt identifiziert. Insoweit könnte
man das Pulsweiten-Ausgabesignal auch als Grob-Positionssignal ansehen.
Bei spielsweise ist einem ersten Teilabschnitt, auf dem die Positionsmessvorrichtung
das Fein-Positionssignal erzeugt, eine erste Pulsweite des Pulsweiten-Ausgabesignals
zugeordnet, während einem zweiten Teilabschnitt eine zweite,
von der ersten Pulsweite verschiedene Pulsweite zugeordnet ist.
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Eine
Absolutposition des Aktorglieds innerhalb der Messstrecke ist beispielsweise
durch eine Addition des Grob-Positionssignals und des Fein-Positionssignals
möglich. Dabei ist es zweckmäßig, beispielsweise
das Grob-Positionssignal und/oder das Fein-Positionssignal zu gewichten,
das heißt mit einem Multiplikator zu beaufschlagen, um
die Absolutposition zu ermitteln.
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Zweckmäßigerweise
hat die Positionsmessvorrichtung eine Parametrierstelle, über
die Werte für das Fein-Positionssignal und/oder das Grob-Positionssignal
parametrierbar sind. Beispielsweise kann eine Basisspannung, ein
Nullpunkt, eine Richtung, ein Messbereich, eine Auslösung
oder dergleichen auf diesem Weg parametriert werden. Auch die Anfangs-
und Endpunkte eines jeweiligen Teilabschnitts sind auf diesem Wege
parametrierbar. Ferner kann beispielsweise ein Schaltausgang der
Positionsmessvorrichtung zur Ausgabe des Pulsweiten-Ausgabesignals
oder, wenn dies nicht erforderlich ist, für andere Zwecke
parametriert werden. Weitere Parameter sind beispielsweise Maximalwerte
für die Amplitude der jeweiligen Positionssignale, die
Betriebsarten (Pulsweite, Grob-Positionssignal linear etc.) parametrierbar.
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Der
mindestens eine Teilabschnitt, auf dem die Positionsmessvorrichtung
das Fein-Positionssignal erzeugt, ist zweckmäßigerweise
in einem Lernmodus einstellbar, bei dem das Aktorglied entlang der
Messstrecke von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt des jeweiligen
Teilabschnitts verfahren wird. Nach dieser Lernfahrt steht fest,
wo der Teilabschnitt beginnt und wo er endet.
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Zwar
ist der erfindungsgemäße Ansatz bei einer zumindest
teilweisen analogen Positionsmessvorrichtung ohne weiteres realisierbar.
Vorzugsweise hat eine erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung
jedoch eine digitale Messeinrichtung zur Erzeugung eines digitalen
Messsignals, beispielsweise einen digitalen Signalprozessor, der
ein digitales Messsignal erzeugt. Ferner ist dann mindestens ein
Digital-Analog-Wandler zur Bildung des jeweiligen Fein- oder Grob-Positionssignals
vorhanden.
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Ein
Ausgang, dem ein Digital-Analog-Wandler zugeordnet ist, ist vorzugsweise
parametrierbar, so dass er beispielsweise in einer Betriebsart zur Ausgabe
des Grob-Positionssignals fähig ist, während er
bei einer anderen Betriebsart ein zweites Fein-Positionssignal ausgibt,
das einem anderen Abschnitt der Messstrecke zugeordnet ist.
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Das
digitale Messsignal ist zweckmäßigerweise linear
oder sozusagen quasi linear. Das Messsignal ist aufgrund der Quantisierung
nicht ganz linear, wobei abgesehen von der Quantisierung eine Linearität,
die beispielsweise ansteigt oder fällt, vorteilhaft ist.
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Wie
bereits erläutert, ist es vorteilhaft, wenn die Positionsmessvorrichtung
zwei oder mehr Ausgänge zur Ausgabe eines Fein-Positionssignals
aufweist, das jeweils einem Teilabschnitt der Messstrecke zugeordnet
ist. Somit stehen jeweils die Maximalamplitude (Strom und/oder Spannung)
des Ausgangs zur Ausgabe des Fein-Positionssignals zur Verfügung.
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Die
Ausgabe des Fein-Positionssignals ist zweckmäßigerweise
durch mindestens ein Ereignis auslösbar. Dies kann beispielsweise über
einen Steuereingang erfolgen, der mittels eines Wegsensors oder
Schaltsensors, der vom Aktorglied betätigt wird, ein Schaltsignal
an dem Steuereingang erzeugt. Auch eine Steuerung, z. B. eine übergeordnete
speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), kann über den
Steuereingang die Ausgabe des Fein-Positionssignal aktivieren. Des
weiteren ist es möglich, dass die Positionsmessvorrichtung
von selbst das Fein-Positionssignal aktiv schaltet, beispielsweise wenn
das Aktorglied eine vorbestimmte Position entlang der Messstrecke
passiert.
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Vorzugsweise
hat die Positionsmessvorrichtung einen Steuerausgang zum Ausgeben
eines Steuersignals an mindestens einer Position innerhalb des Teilbereichs,
an dem die Positionsmessvorrichtung das Fein-Positionssignal erzeugt.
Dabei ist beispielsweise eine Schalthandlung auszulösen,
z. B. eine Signalisierung, dass das Aktorglied kurz vor einem Endanschlag
steht.
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Der
Aktor, bei dem die Positionsmessvorrichtung verwendet wird, ist
zweckmäßigerweise ein fluidtechnischer Aktor,
beispielsweise ein hydraulischer oder pneumatischer Aktor. Vorteilhaft
kann die Erfindung aber auch bei elektrischen Aktoren eingesetzt werden
oder bei kombinierten fluidtechnischen/elektrischen Aktoren, das
heißt bei Antrieben, die beispielsweise pneumatisch und
zusätzlich elektrisch betreibbar sind.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
teilweise schematische und teilweise geschnittene Ansicht einer
Anordnung mit einem Linearaktor sowie einer Positionsmessvorrichtung,
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2 einen
Signalverlauf eines analogen Grob-Positionssignals der Positionsmessvorrichtung gemäß 1,
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3 Verläufe
eines Fein-Positionssignals der Positionsmessvorrichtung gemäß 1 an
jeweiligen Endabschnitten eines Bewegungswegs eines Aktorglieds
des Aktors gemäß 1,
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4 ein
Fein-Positionssignal der Positionsmessvorrichtung gemäß 1 mit
einem sägezahnartigen Verlauf,
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5 ein
stufenförmiges Grob-Positionssignal der Positionsmessvorrichtung
gemäß 1, und
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6 ein
pulsweitenmoduliertes Grob-Positionssignal der Positionsmessvorrichtung
gemäß 1.
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Ein
fluidtechnisches System 10 enthält einen Aktor 11,
der mit einer Steuerung 12, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren
Steuerung, steuerbar ist. Die Steuerung 12 ist über einen
Steuerbus 13 mit einem Steuerrechner 14 verbunden,
der weitere, in der Zeichnung nicht dargestellte Komponenten des
Systems 10 steuert.
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Der
Aktor 11 enthält als eine Positionsmessvorrichtung 16 zur
Erfassung einer Position eines Aktorglieds 17 des Aktors 11 ein
integral angebautes Positionsmessmodul 15. Es versteht
sich, dass eine erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung
auch als eine Baueinheit ausgestaltet sein kann, die lösbar an
einem Aktor anordenbar ist.
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Das
Aktorglied 17 ist vorliegend ein Kolben 18 eines
pneumatischen Zylinders, der in einem Bewegungsraum 19 eines
Aktorgehäuses 20 linear hin und her beweglich
angeordnet ist. Der Kolben 18 ist mit einer Ventilanordnung 21 mit
Druckluft 22 aus einer Druckluftquelle 23 beaufschlagbar,
wobei der in dem Bewegungsraum 19 zwischen Endlagen oder Endanschlägen 24 und 25 hin
und her bewegt wird. Die Ventilanordnung 21 wird durch
ein Steuermodul 26 der Steuerung 12 gesteuert
und speist die Druckluft 22 an Druckluftanschlüssen 27 in
das Aktorgehäuse 20 ein. Ein Mittelteil 28 des
Gehäuses 20 wird durch Deckel 29 und 30 verschlossen.
Eine am Kolben 18 angeordnete, als Kraftabgriff dienende
Kolbenstange 31 durchdringt den rechten Deckel 30,
wo am Durchdringungsausschnitt eine Dichtung 32 angeordnet
ist. Eine weitere Dichtung 33 ist am Außenumfang
des Kolbens 18 angeordnet.
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Neben
dem in der Zeichnung dargestellten fluidtechnischen Antriebskonzept
ist selbstverständlich auch ein elektrisches Antriebskonzept
denkbar, bei dem beispielsweise eine Erregerspulenanordnung 34 eine
elektrische Antriebskomponente 35 bildet. Die Erregerspulenanordnung 34 treibt
das Aktorglied 17, das beispielsweise einen Permanentmagneten 36 enthält,
an. Wenn das Aktorglied sowohl fluidtechnisch als auch elektrisch
antreibbar ist, was beim Aktor 11 der Fall ist, ist ein
sogenannter Hybrid-Antrieb realisiert.
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Die
Positionsmessvorrichtung 16 ist vorliegend teilweise digitale
Positionsmessvorrichtung. Die Positionsmessvorrichtung 16 misst
einen Abstand 37 zwischen dem Endanschlag 25 und
einer Vorderseite des Aktorglieds 17 anhand von hin und
rücklaufenden Mikrowellen 38, 39, die
eine Koppelsonde 40 in den Bewegungsraum 19 einkoppelt
bzw. aus diesem auskoppelt. Eine Innenseite 41 des Aktorgehäuses 20 ist
elektrisch leitend, so dass der Bewegungsraum 19 als ein
Hohlleiter ausgestaltet ist. Die Vorderseite des Aktorglieds 17 reflektiert
die Mikrowellen 38, so dass eine Auswerteeinrichtung oder
Messeinrichtung 42 beispielsweise anhand einer Laufzeitmessung oder
einer Phasendifferenz zwischen den Mikrowellen 38 und 39 den Abstand 37 und
somit die Positionen des Aktorglieds 17 im Bewegungsraum 19 ermitteln
kann. Die Mikrowellen 38 werden von einer Mikrowellen-Erzeugungseinrichtung 43 erzeugt,
die beispielsweise Hochfrequenz-Leiterstrukturen oder dergleichen
enthält.
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Die
Positionsmessvorrichtung, insbesondere deren Messeinrichtung 42,
erzeugt ein hochgenaues digitales Messsignal 44, das den
jeweiligen Positionen des Aktorglieds 17 in dem Bewegungsraum 19 entspricht.
Eine Übertragung des digitalen Messsignals 44 zu
der Steuerung 12 ist digital jedoch nicht möglich,
da diese ein Ein-/Ausgabemodul bzw. E/A-Modul 45 aufweist,
das nur analoge Signale verarbeiten kann.
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Die
Positionsmessvorrichtung 16 enthält einen Digital-Analog-Wandler 46,
der anhand des digitalen Messsignals 44 ein analoges Grob-Positionssignal 48 an
einer Ausgabe-Schnittstelle 47 der Positionsmessvorrichtung 16 ausgibt.
Das Grob-Positionssignal 48 wird auf einer Leitung 49 zu
einem Analog-Eingang 50 des E/A-Moduls 45 übertragen.
Das Grob-Positionssignal 48 repräsentiert die
jeweilige Position des Aktorglieds 17 entlang einer Messstrecke 51,
die durch die Endanschläge 24, 25 definiert ist.
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Das
Grob-Positionssignal 48 hat einen linearen, in 2 dargestellten
Verlauf mit einer Maximalausgabeamplitude AG. Die Ausgabeamplitude
AG beträgt beispielsweise 16 mA oder 20 mA und/oder 10
V. Von einem Weg-Anfangspunkt S0 der Messstrecke 51 bis
zu einem Weg-Endpunkt SG des Messstrecke 51 steht die Maximalausgabeamplitude AG
zur Verfügung, so dass beispielsweise bei einem Weg S =
600 mm ausgehend von einem Anfangsniveau von beispielsweise 0 mA
bis zu einer Maximalausgabeamplitude AG von 16 mA ein Hub von 16
mA zur Verfügung steht, mithin also pro Millimeter eine Stromdifferenz
von 26 μA bereitsteht. Dieselbe Situation ergibt sich,
wenn von einem Stromniveau von 4 mA bis zu einer Maximalausgabeamplitude
von AG = 20 mA ausgegangen wird. In diesem Zusammenhang sei betont,
dass auch negative Werte des Grob-Positionssignals 48 ohne
weiteres möglich sind, so dass sich die Gesamtamplitude
beispielsweise von einem negativen Maximum bis zu einem positiven
Maximum erstreckt.
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Bei
einer analogen Signalübertragung, wie beispielsweise über
die Leitung 49, ergibt sich jedoch in jedem Fall das Problem,
dass entlang der Messstrecke 51 pro Wegeinheit nur eingeschränkter
Signalhub bzw. eine Signalamplitude (Strom und/oder Spannung) zur
Verfügung steht. Die Übertragungsqualität
leidet umso mehr, je länger die Leitung 49 ist. Bei
konventionellen Positionsmessvorrichtungen besteht dieses Problem
nicht, da keine hochgenauen Positionssignale zur Verfügung
stehen und zu übertragen sind. Bei einer feinen Auflösung
der Position des Aktorglieds 17, die bei der Positionsmessvorrichtung 16 beispielsweise
0,2 mm pro Digitalwertstufe des digitalen Messsignals 44 beträgt,
ist die Übertragungsgenauigkeit bei dem Grob-Positionssignal 48 jedoch
nicht hinreichend. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.
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Im
Bereich von durch die Endanschläge 24, 25 definierten
Endpositionen des Aktorglieds 17 entlang der Messstrecke 51 sind
Teilabschnitte 52, 53 festgelegt, auf denen die
Positionsmessvorrichtung 16 über einen Feinsignal-Ausgang 54 der
Schnittstelle 47 Fein-Positionssignale 55, 56 ausgibt,
deren jeweiliger Teilabschnittsgradient 57, 58 jeweils
größer als ein Gesamt-Gradient 59 ist,
mit dem alle Positionen, das heißt die Positionen zwischen
S0 und SG entlang der Gesamt-Messstrecke 51 ausgebbar sind. Der
Gesamt-Gradient 59 ist bei dem Grob-Positionssignal 48,
das die Gesamt-Messstrecke 51 bildet, eingezeichnet. Mit
dem Grob-Positionssignal 48 sind nämliche alle
Positionen des Aktorglieds 17 zwischen dem Anfangspunkt
S0 und dem Weg-Endpunkt SG darstellbar, auch wenn die Auflösung
verhältnismäßig grob ist.
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Zur
Erzeugung der Fein-Positionssignale 55, 56 weist
die Positionsmessvorrichtung 16 einen Digital-Analog-Wandler 60, der
anhand des digitalen Messsignals 44 die Fein-Positionssignale 55, 56 erzeugt,
wenn das Aktorglied 17 sich auf den Teilabschnitten 52, 53 bewegt.
Außerhalb dieser Teilabschnitte 52, 53 stehen
die Fein-Positionssignale 55, 56 nicht zur Verfügung,
beispielsweise auf einem Mittelabschnitt 61 und einem beispielhaft
eingezeichneten Endabschnitt 62. Die Teilabschnitte 52, 53 erstrecken
sich von Positionen S0 zu S1 bzw. S3 zu S4 entlang der Messstrecke 51.
Zwischen den Positionen S1 und S3 befindet sich der Mittelabschnitt 61,
wo kein Fein-Positionssignal zur Verfügung steht.
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Die
Position S4 ist eine Position unmittelbar vor dem Weg-Endpunkt oder
der Wegend-Position SG, wo ebenfalls kein Fein-Positionssignal erforderlich
ist. Dort ist beispielsweise eine Endlagendämpfung (nicht
dargestellt) vorgesehen, die den Kolben 18 auf dem Endabschnitt 62 abbremst.
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Die
Positionsmessvorrichtung 16 überträgt die
Fein-Positionssignale 55, 56 auf einer Leitung 63 zu
einem Analog-Eingang 64 des E/A-Moduls 45, der insofern
die Funktion eines Feinpositions-Eingangs der Steuerung 12 erfüllt.
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Die
Fein-Positionssignale 55, 56 sind lineare Analogsignale,
die jeweils den vollen am Feinsignal-Ausgang 54 zur Verfügung
stehenden und ferner durch den Analog-Eingang 64 verarbeitba ren
Signalamplitudenhub ausnutzen, nämlich die Maximalausgabeamplitude
AG. Weil der Teilabschnitt 52 länger als der Teilabschnitt 53 ist,
ist der Teilabschnittsgradient 57 kleiner als der Teilabschnittsgradient 58, das
heißt, dass das Fein-Positionssignal 56 eine höhere
Auflösung aufweist.
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Die
Steuerung 12 steuert den Aktor 11 anhand des Grob-Positionssignals 48,
sowie der Fein-Positionssignale 55, 56, die ein
exaktes Anfahren der beiden Endanschläge 24, 25 ermöglichen. Die
Steuerung 12 steuert den Aktor 11 beispielsweise über
eine Steuerleitung 65.
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Es
kann aber auch vorteilhaft sein, dass beispielsweise auf dem Mittelabschnitt 61 ein
Fein-Positionssignal zur Verfügung steht, beispielsweise
wenn das Aktorglied 17 dort exakte Positionen anfahren soll.
Dann bildet auch der Mittelabschnitt 61 einen erfindungsgemäß definierten
Teilabschnitt 66, an dem ein Fein-Positionssignal 67 zur
Verfügung steht. Auch das Fein-Positionssignal 67 hat
einen Teilabschnittsgradienten, der größer ist
als der Gesamt-Gradient 59. Das Fein-Positionssignal 67 hat negative
und positive Werte, das heißt auch einen Nulldurchgang,
wobei die Maximalausgabeamplitude AG dieselbe ist. Das Fein-Positionssignal 67 ist
ein Beispiel dafür, dass erfindungsgemäße
Fein-Positionssignale negative und positive Werte haben können.
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Zwar
ist es bevorzugt, dass erfindungsgemäße Fein-Positionssignale
linear verlaufen. Prinzipiell sind aber auch nicht lineare Verläufe
möglich, was beispielsweise bei einem Fein-Positionssignal 68 auf dem
Teilabschnitt 52 der Fall ist.
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Es
ist aber auch möglich, die Messstrecke 51 in kontinuierlich
aneinander gereiht Teilabschnitt zu gliedern, beispielsweise in
Teilabschnitte 69a–69f. Diese Teilabschnitte
können unterschiedliche Längen aufweisen oder
wie beim in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
eine gleiche Länge 70. Die Positionsmessvorrichtung 16 erzeugt
auf den Teilabschnitten 69a–69f ein Fein-Positionssignal 71 mit
einem sägezahnartigen Verlauf. Auf einem jeweiligen Teilabschnitt 69a–69f hat
das Fein-Positionssignal 69 einen Teilabschnittsgradient 72,
der größer ist als der Gesamt-Gradient 59.
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Zur
Ermittlung einer Absolutposition des Aktorglieds 17 entlang
der Messstrecke 51 erzeugt die Positionsmessvorrichtung 16 beispielsweise
anhand des Digital-Analog-Wandlers 46 ein Grob-Positionssignal 73 mit
einem stufenförmigen Verlauf. Das Grob-Positionssignal 73 steigt
stufenförmig von einer Amplitude 0 bis zur Maximalausgabeamplitude
AG an. Durch Addition des Grob-Positionssignals 73, das
auch gewichtet sein kann, das heißt mit einem Faktor beaufschlagt
sein kann, und des Fein-Positionssignals 71 kann die Steuerung 12 beispielsweise eine
Absolutposition des Aktorglieds 17 entlang der Messstrecke 51 ermitteln.
In jedem Fall identifiziert das Grob-Positionssignal 73 einen
jeweiligen Teilabschnitt 69a–69f, auf
dem sich das Aktorglied 17 befindet.
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Eine
weitere Möglichkeit, die Teilabschnitte 69a–69f zu
identifizieren, bietet ein Schaltausgang 74 der Positionsmessvorrichtung 16.
Am Schaltausgang 74 erzeugt die Positionsmessvorrichtung 16 ein Pulsweiten-Ausgabesignal 75,
das über eine Leitung 76 auf einen Schalteingang 77 der
Steuerung 12 übertragen wird. Jedem Teilabschnitt 69a–69f ist
eine individuelle Pulsweite 78a–78f zugeordnet,
die beispielsweise von dem Teilabschnitt 69a zu dem Teilabschnitt 69f kontinuierlich
abnimmt, oder – nicht dargestellt – zunimmt.
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Die
Positionsmessvorrichtung 16 ist parametrierbar. Dies kann
beispielsweise durch eine nicht dargestellte Parametrierverbindung
zwischen der Steuerung 12 oder dem Steuerrechner 14 einerseits und
der Positionsmessvorrichtung 16 andererseits geschehen.
Vorliegend ein Parametriergerät 79 an einen Parametrierschnittstelle 80,
beispielsweise eine serielle Schnittstelle, eine Busschnittstelle
oder dergleichen, der Positionsmessvorrichtung 16 angeschlossen.
Mit dem Parametriergerät 79 können beispielsweise
die Anfangs- und Endposi tionen von Teilabschnitten, auf denen die
Positionsmessvorrichtung 16 Fein-Positionssignale erzeugt,
eingestellt werden, z. B. die Positionen S0, S1, S3 und S4. Ferner
kann auch ein Ausgabemodus parametriert werden. So kann beispielsweise
der Schaltausgang 74 zur Ausgabe des Pulsweiten-Ausgabesignals 75 parametriert
werden.
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Bei
einem anderen Ausgabemodus gibt die Positionsmessvorrichtung 16 beispielsweise
ein Zählersignal 81 aus, das zur Identifizierung
des jeweiligen Teilabschnittes 69a–69f dient.
Die Steuerung 12 zählt die Signalpulse des Zählersignals 81 mit
und ermittelt auf diesem Wege, wo sich das Aktorglied 17 grob
befindet. Die feine, exakte Position des Aktorglieds 17 wird
durch das Fein-Positionssignal 71 angezeigt.
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Ferner
können mit dem Parametriergerät 79 auch
andere Parameter, beispielsweise Signalformen, Anfangs- und Endamplitudenwerte
und dergleichen parametriert werden. So kann beispielsweise an dem
Feinsignal-Ausgang 54 anstelle des Fein-Positionssignals 71 ein
dreieckförmig verlaufendes Fein-Positionssignal 82 ausgegeben
werden.
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Bei
der vorliegenden Parametrierung bildet der Digital-Analog-Wandler 46 ein
Grob-Positionssignal, das an einer Grobpositions-Schnittstelle 83 der Positionsmessvorrichtung 16 ausgegeben
wird. Es ist aber auch vorteilhaft, wenn zwei oder mehr Feinsignal-Schnittstellen
zur Verfügung stehen. Hierfür können
beispielsweise zusätzliche Digital-Analog-Wandler vorgesehen
sein. Es ist aber auch möglich, beispielsweise den Digital-Analog-Wandler 46 so
umzuprogrammieren, dass auch er ein Fein-Positionssignal erzeugt,
beispielsweise auf einem Teilabschnitt 84a bis zu einer
Position S5 der Messstrecke 51 ein Fein-Positionssignal 85a,
während dann der Digital-Analog-Wandler 60 ein
auf einen sich anschließenden Teilabschnitt 84b ein
Fein-Positionssignal 85b bildet.
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Die
Ausgabe beispielsweise der Fein-Positionssignale 55 und 56 ist über
einen Steuereingang 86 aktivierbar, beispielsweise durch
einen Positionssensor entlang des Bewegungswegs des Aktorglieds 17 oder,
wie beim Ausführungsbeispiel über eine Steuerleitung 87 durch
die Steuerung 12.
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Die
Positionsmessvorrichtung 16 hat ferner einen Steuerausgang 88 zum
Ausgeben eines Steuersignals 89, beispielsweise an eine
externe zu schaltende Vorrichtung, z. B. an einen Lautsprecher 90 oder
eine sonstige Warneinrichtung, eine anzusteuernde weitere Automatisierungskomponente,
z. B. einen Greifer 91 oder dergleichen. Die Positionsmessvorrichtung 16 gibt
das Steuersignal 89 an einer vorzugsweise mit über
die Parametrierschnittstelle 80 parametrierbaren Positionen
des Aktorglieds 17 entlang seines Bewegungswegs im Bewegungsraum 19 aus,
vorzugsweise auf einem der Teilabschnitte, wo auch Fein-Positionssignal
erzeugt wird, beispielsweise dem Teilabschnitt 52 oder 53.
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Mithin
ist es also bei einer erfindungsgemäßen Positionsmessvorrichtung
vorteilhaft, wenn sie mindestens einen Positionssignal-Ausgang hat,
der wahlweise zur Ausgabe eines Grob-Positionssignals oder eines
Fein-Positionssignals im Sinne der Erfindung parametrierbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10227019
A1 [0002]
- - EP 1752792 A1 [0005]