DE102008053526B4

DE102008053526B4 - Multiturn-Drehgeber

Info

Publication number: DE102008053526B4
Application number: DE102008053526.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: IC Haus GmbH
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: DE102008053526A1

Abstract

Multiturn-Drehgeber zum Messen der absoluten Position eines rotierbaren Körpers (10), mit einem ersten Codeträger (20) zum Erfassen der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung, einem zweiten, magnetischen und einem dritten, magnetischen Codeträger (50, 80) zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen des rotierbaren Körpers (10), wobei zwischen jeweils zwei Codeträgern (20, 50; 50, 80) jeweils ein Untersetzungsgetriebe (40; 70) angeordnet ist, einer Abtasteinrichtung (30) mit einem Sensor (31) zum Abtasten des ersten Codeträgers (20) und mit einer Auswerteeinrichtung (32), die aus den Abtastsignalen ein erstes digitales Codewort erzeugt, das der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung entspricht, wobei dem zweiten, magnetischen Codeträger (50) eine erste integrierte Schaltung (60) und dem dritten magnetischen Codeträger (80) eine zweite integrierte Schaltung (90) zugeordnet ist, wobei die erste und zweite integrierte Schaltung (60, 90) jeweils mehrere Magnetsensoren (61, 64; 91, 94) zum magnetischen Abtasten des jeweiligen magnetischen Codeträgers (50, 80) und jeweils eine Auswerteeinrichtung (62, 92) zum Erzeugen eines zweiten bzw. dritten digitalen Codeworts, welches der in der jeweiligen Auswerteeinrichtung Anzahl der Umdrehungen des jeweiligen magnetischen Codeträgers entspricht, aufweisen, wobei die Auswerteeinrichtung (32) der Abtasteinrichtung (30), die Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) und die Auswerteeinrichtung (92) der zweiten integrierten Schaltung (90) elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei der Ausgang der Auswerteeinrichtung (32) der Abtasteinrichtung (30) mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) und der Ausgang der Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung (92) der zweiten integrierten Schaltung (90) verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines ersten korrigierten Positionswertes (PK) aufweist, wobei die Erzeugungseinrichtung der Auswerteeinrichtung (62) den ersten korrigierten Positionswert aus dem ersten und zweiten digitalen Codewort ermittelt, und wobei die Auswerteeinrichtung (92) der zweiten integrierten Schaltung (90) eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines zweiten korrigierten Positionswertes (PR), welcher der absoluten Position des rotierbaren Körpers (10) entspricht, aufweist, wobei die Erzeugungseinrichtung der Auswerteeinrichtung (92) den zweiten korrigierten Positionswert aus dem ersten korrigierten Positionswert und dem dritten digitalen Codewort ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Multiturn-Drehgeber zum Messen der absoluten Position eines rotierbaren Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Multiturn-Drehgeber werden in einer Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel in der Automatisierungstechnik, der Robotik und dergleichen eingesetzt, um Drehbewegungen beispielsweise einer Antriebswelle zu erfassen.
Ein derartiger Multiturn-Code-Drehgeber ist beispielsweise aus der EP 1 076 809 B1 bekannt. Der bekannte Multiturn-Codedrehgeber weist wenigstens zwei Codescheiben auf, wobei zwischen den beiden Codescheiben ein Untersetzungsgetriebe angeordnet ist. Die eine Codescheibe ist mit einer Eingangswelle verbunden. Dieser Codescheibe ist eine Abtasteinrichtung zugeordnet, die ein mehrstelliges digitales Codewort erzeugt, welches der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung der Eingangswelle entspricht. Die andere Codescheibe weist einen magnetischen Körper mit zumindest einem Nord- und Südpol auf. Dieser Codescheibe ist ein Halbleitersubstrat zugeordnet, in welchem mehrere magnetfeldempfindliche Sensorelemente und eine Auswerteschaltung integriert sind. Die magnetfeldempfindlichen Sensoren erzeugen phasenverschobene periodische Abtastsignale, die in der Auswerteschaltung derart kombiniert werden, dass am Ausgang seriell oder parallel ein mehrstelliges digitales Codewort ansteht. Die am Ausgang der Abtasteinrichtung und der Auswerteschaltung anliegenden Codewörter werden einer Kombinationslogik zugeführt, die daraus ein resultierendes mehrstelliges Codewort bildet. Die Kombinationslogik muss somit mehrere extern zugeführte Codewörter verarbeiten, wobei die Anzahl der Codewörter durch die Anzahl der Codescheiben festgelegt wird. Zudem ist die Kombinationslogik jeweils über eine separate Verbindungsleitung mit der Abtasteinrichtung und dem wenigstens einen Halbleitersubstrat verbunden. Zu beachten ist, dass die Anzahl von Verbindungsleitungen linear mit der Anzahl der Halbleitersubstrate wächst.
Aus der DE 42 20 502 C1 ist ein Drehwinkelmesssystem bekannt, welches eine Codescheibe und mehrere Magnetscheiben aufweist. Die Codescheibe und die Magnetscheiben sind über Untersetzungsgetriebe hintereinander geschaltet. Die Codescheibe wird mittels eines Fotodioden-Arrays abgetastet, welches über mehrere Leitungen mit einer zentralen Auswerteelektronik verbunden ist. Die Magnetscheiben werden mittels Hall-Magnetsensoren abgetastet. Die jeweils einer Magnetscheibe zugeordneten Hallsensoren werden über vier Leitungen mit der zentralen Auswerteelektronik verbunden. Die von dem Fotodioden-Array und den Magnetsensoren erzeugten Sinus- und Cosinus-Signale werden dann zur zentralen Auswerteelektronik übertragen und dort unter Verwendung eines zusätzlichen Microcontrollers in ein digitalesn Wort umgesetzt, welches die absolute Winkelposition darstellt.
Ein weiterer Drehwinkelgeber ist aus der DE 37 34 938 A1 bekannt. Der bekannte Drehwinkelgeber weist mehrere an eine Motorwelle ankuppelbare Resolver auf, die über Untersetzungsgetriebe hintereinander geschaltet sind. Jeder Resolver liefert Sinus- und Cosinussignale und ist mit einem separaten Resolverinterface verbunden, das die Sinus-Cosinussignale in eine digitale Form umsetzt. Die Resolver sind über die Resolver-Interfaces mit einer entfernten, zentralen Auswerteschaltung verbunden, welche aus den von den Resolvern empfangenen Sinus- und Cosinussignalen eine absolute Winkelposition ermittelt.
Aus der US 7,420,477 B2 ist ein Sensorsystem bekannt, welches ein Verfahren zur verbesserten Berechnung eines absoluten Positionswertes anwendet. Hierzu wird ein erster Sensor, auch Encoder genannt, einer abzutastenden Welle zugeordnet, um Umdrehungszählbits zu liefern. Ein zweiter Sensor ist der abzutastenden Welle zugeordnet, um Umdrehungspositionsbits zu erzeugen. Die Encoder sind mit einem zentralen Computer verbunden, der die Bits der beiden Encoder ausliest. Die vom Computer ausgelesenen Bits werden dann entsprechend dem Verfahren derart miteinander verknüpft, dass ein verbesserter absoluter Positionswert berechnet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Multiturn-Drehgeber zu schaffen, der gegenüber dem eingangs erwähnten Multiturn-Codedrehgeber einen geringeren Verkabelungsaufwand und eine weniger komplexe Schaltungsstruktur aufweist. Ein solcher Multiturn-Drehgeber ist zudem leicht skalierbar.
Der Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, eine Abtasteinrichtung und wenigstens zwei integrierte Schaltungen, die jeweils einem Codeträger zugeordnet sind, elektrisch in Reihe zu schalten, wobei entweder die Abtasteinrichtung oder eine der integrierten Schaltungen einen resultierenden mehrstelligen codierten Positionswert erzeugt, der der Absolutposition entspricht.
Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist ein Multiturn-Drehgeber zum Messen der absoluten Position eines rotierbaren Körpers, zum Beispiel einer Welle, vorgesehen. Der Multiturn-Drehgeber weist einen ersten Codeträger zum Erfassen der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung sowie einen zweiten und einen dritten, jeweils magnetischen Codeträger zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen des rotierbaren Körpers. Zwischen zwei Codeträgern ist jeweils ein Untersetzungsgetriebe angeordnet. Eine Abtasteinrichtung dient zum Abtasten des ersten Codeträgers, um ein erstes digitales Codewort zu erzeugen, das der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung des rotierbaren Körpers entspricht. Dem zweiten, magnetischen Codeträger ist eine erste integrierte Schaltung zugeordnet, während dem dritten, magnetischen Codeträger eine zweite integrierte Schaltung zugeordnet ist. Die erste und zweite integrierte Schaltung weisen jeweils mehrere Magnetsensoren zum magnetischen Abtasten des jeweiligen magnetischen Codeträgers und jeweils eine Auswerteeinrichtung zum Erzeugen eines zweiten bzw. dritten digitalen Codeworts auf, welches der absoluten Position des jeweiligen Codeträgers, bzw. der Anzahl der Umdrehungen des rotierbaren Körpers entspricht. Die Abtasteinrichtung und die integrierten Schaltungen sind elektrisch in Reihe geschaltet. Hierbei ist der Ausgang der Abtasteinrichtung mit dem Eingang der ersten integrierten Schaltung und der Ausgang der ersten integrierten Schaltung mit dem Eingang der zweiten integrierten Schaltung verbunden. Die Auswerteeinrichtung der ersten integrierten Schaltung weist eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines ersten korrigierten Positionswertes auf, und die Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung weist eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines zweiten korrigierten Positionswertes auf. Der zweite korrigierte Positionswert entspricht der Absolutposition, d. i. die Absolutposition des rotierbaren Körpers hinsichtlich der Winkelstellung innerhalb einer Umdrehung und der Anzahl der Umdrehungen.
Es können aber auch mehr als zwei magnetische Codeträger und ihnen zugeordnete integrierte Schaltungen zum Einsatz kommen.
In vorteilhafter Weise erzeugt die Auswerteeinrichtung der ersten integrierten Schaltung aus dem von der Abtasteinrichtung kommenden ersten digitalen Codewort und dem zweiten digitalen Codewort den ersten korrigierten Positionswert, während die Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung aus dem ersten korrigierten Positionswert und dem dritten digitalen Codewort den zweiten korrigierten Positionswert erzeugt, welcher den resultierenden mehrstelligen codierten Positionswert bildet.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst.
Danach ist ein Multiturn-Drehgeber zum Messen der absoluten Position eines rotierbaren Körpers vorgesehen. Der Multiturn-Drehgeber weist einen ersten Codeträger zum Erfassen der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung des rotierbaren Körpers sowie einen zweiten und einen dritten, jeweils magnetischen Codeträger zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen des rotierbaren Körpers auf. Zwischen jeweils zwei Codeträgern ist jeweils ein Untersetzungsgetriebe angeordnet. Eine Abtasteinrichtung dient zum Abtasten des ersten Codeträgers, um ein erstes digitales Codewort zu erzeugen, das der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung des rotierbaren Körpers entspricht. Dem zweiten, magnetischen Codeträger ist eine erste integrierte Schaltung und dem dritten, magnetischen Codeträger ist eine zweite integrierte Schaltung zugeordnet. Die erste und zweite integrierte Schaltung weisen jeweils mehrere Magnetsensoren zum magnetischen Abtasten des jeweiligen magnetischen Codeträgers und jeweils eine Auswerteeinrichtung zum Erzeugen eines zweiten bzw. dritten digitalen Codeworts auf, welches der Anzahl der Umdrehungen des rotierbaren Körpers entspricht. Die Abtasteinrichtung und die integrierten Schaltungen sind elektrisch in Reihe geschaltet, wobei der Ausgang der ersten integrierten Schaltung mit dem Eingang der zweiten integrierten Schaltung und der Ausgang der zweiten integrierten Schaltung mit dem Eingang der Abtasteinrichtung verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung weist eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines ersten korrigierten Positionswertes auf, und die Abtasteinrichtung weist eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines zweiten korrigierten Positionswertes. Der zweite korrigierte Positionswert entspricht der Absolutposition, d. i. die Absolutposition des rotierbaren Körpers hinsichtlich der Winkelstellung innerhalb einer Umdrehung und der Anzahl der Umdrehungen.
In vorteilhafter Weise erzeugt die Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung aus dem von der ersten integrierten Schaltung empfangenen zweiten digitalen Codewort und dem dritten digitalen Codewort den ersten korrigierten Positionswert, während die Abtasteinrichtung aus dem ersten digitalen Codewort und dem am Eingang anliegenden ersten korrigierten Positionswert den zweiten korrigierten Positionswert erzeugt, der den resultierenden mehrstelligen codierten Positionswert bildet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die magnetischen Codeträger weisen jeweils wenigstens einen magnetischen Nord- und einen magnetischen Südpol auf und fungieren somit als Stabmagnet, der ein rotierendes magnetisches Feld erzeugt. In der Regel sind zwei Magnetsensoren einer integrierten Schaltung derart im Winkel zueinander angeordnet, dass sie zwei um 90° phasenverschobene periodische Abtastsignale erzeugen. Die Auswerteschaltung kann einen an sich bekannten Interpolator aufweisen, der aus den phasenverschobenen periodischen Abtastsignalen einen mehrstelligen codierten Positionswert erzeugen kann.
Bei der Erzeugung der mehrstelligen codierten Positionswerte können systembedingte Fehler auftreten. Diese können mittels eines vorab ermittelten Korrekturwertes korrigiert werden. Hierzu kann in jeder integrierten Schaltung eine Speichereinrichtung vorgesehen sein, in welcher der jeweilige Korrekturwert abgelegt werden kann. Alternativ können die Korrekturwerte in einer externen Speichereinrichtung hinterlegt werden, auf die die integrierten Schaltungen zugreifen können.
Für den Fall, dass Korrekturwerte nicht vorab ermittelt worden sind, besteht auch die Möglichkeit, dass die integrierten Schaltungen die Korrekturwerte während des Betriebes, das heißt während der Datenübertragung berechnen.
Zweckmäßigerweise enthalten die von den integrierten Schaltungen erzeugten digitalen Codewörter Bits, welche die Anzahl der Umdrehungen betreffen. Weiterhin sind Bits enthalten, die die absolute Position innerhalb einer Umdrehung betreffen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Multiturn-Drehgeber gemäß der Erfindung, bei welchem eine integrierte Schaltung den resultierenden codierten Positionswert ausgibt,
2 einen alternativen Multiturn-Drehgeber gemäß der Erfindung, bei welchem die dem ersten Codeträger zugeordnete Abtasteinrichtung den resultierenden, aus dem Positionswert der Welle und der Anzahl der Umdrehungen bestehenden, mehrstelligen, codierten Positionswert ausgibt, und
3 ein Blockschaltbild der in 1 gezeigten Reihenschaltung aus den beiden integrierten Schaltungen und der Abtasteinrichtung.
1 zeigt einen beispielhaften Multiturn-Drehgeber, der einen ersten Codeträger 20 aufweist, der mit einem rotierenden Körper, beispielsweise einer Antriebswelle 10 verbunden ist. Der Codeträger 20 ist als Codescheibe ausgebildet, auf welcher ein Gray-Code aufgebracht sein kann. Derartige Codierscheiben sind hinlänglich bekannt. Über ein erstes N-zu-1-Untersetzungsgetriebe 40 ist ein zweiter Codeträger 50 mit dem Codeträger 20 verbunden. Über ein weiteres N-zu-1-Untersetzungsgetriebe 70 ist ein dritter Codeträger 80 mit dem Codeträger 50 verbunden. Bei den Codeträgern 50 und 80 kann es sich um magnetische Dipole handeln, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugen, sobald die Antriebswelle 10 sich dreht.
Dem Codeträger 20 ist eine in 3 näher dargestellte Abtasteinrichtung 30 zugeordnet, welche den auf dem Codeträger 20 aufgebrachten Gray-Code mittels eines Sensors 31 abtasten kann. Das bei einer optischen Abtastung erforderliche Licht wird beispielsweise von einer Leuchtdiode auf den Codeträger gerichtet und entsprechend moduliert und auf die gegenüberliegende Abtasteinrichtung 30 geworfen. Die vom Sensor 31 erzeugten Abtastsignale werden in einer Auswerteschaltung 32 in einen ersten mehrstelligen, codierten Positionswert P_S umgewandelt. Der Positionswert P_S entspricht der absoluten Position der Antriebswelle 10 innerhalb einer Umdrehung. Der codierte Positionswert P_S der Abtasteinrichtung 30 wird dem Eingang einer in 3 näher dargestellten ersten integrierten Schaltung 60 zugeführt, die dem Codeträger 50 zugeordnet ist. Die integrierte Schaltung 60 weist beispielsweise zwei um 90° versetzte Magnetsensoren 61 und 64, insbesondere Hall-Sensoren auf, welche das bei einer Drehung des magnetischen Codeträgers 50 entstehende rotierende Magnetfeld in ein Kosinus- und Sinus-Abtastsignal umwandeln. Die integrierte Schaltung 60 weist ferner eine Auswerte- und Korrekturschaltung 62 auf, die die von den Hall-Sensoren 61 und 64 kommenden Abtastsignale in ein digitales Codewort umsetzt. Aus dem digitalen Codewort und dem zugeführten Positionswert P_S erzeugt die Auswerte- und Korrekturschaltung 62 einen korrigierten Positionswert P_K, welcher den Positionswert der Welle und die in dieser Stufe ermittelte Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle 10 enthält. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass das codierte Codewort n höherwertige Bits, welche der Anzahl der Umdrehungen der Eingangswelle 10 zugeordnet sind, und k niederwertige Bits enthalten kann, die der absoluten Position der Eingangswelle innerhalb einer Umdrehung zugeordnet sind. Die Auswerte- und Korrekturschaltung 62 kann derart ausgebildet sein, dass sie unter Ansprechen auf den von der Abtasteinrichtung 30 kommenden mehrstelligen, codierten Positionswert P_S, die den k niederwertigen Bits entsprechen, erkennen kann, wie die höherwertigen n Bits des digitalen Codeworts verändert werden müssen, um die tatsächliche, d. h. korrigierte Anzahl von Umdrehungen wiederzugeben. Eine solche Korrektur dient insbesondere dazu, zu verhindern, dass im Übergangsbereich von einer abgeschlossenen Umdrehung auf die folgende Umdrehung der Welle 10 eine fehlerhafte Anzahl von Umdrehungen ausgegeben wird.
Gesteuert durch ein nicht dargestelltes Taktsignal kann der korrigierte Positionswert P_K anschließend Bit für Bit dem Eingang einer weiteren integrierten Schaltung 90, die dem Codeträger 80 zugeordnet ist, zugeführt werden. Die in 3 näher dargestellte integrierte Schaltung 90 weist wiederum zwei im Winkel von 90° zueinander angeordnete Magnetsensoren 91 und 94 auf, welche das bei einer Drehung des magnetischen Codeträgers 80 entstehende rotierende Magnetfeld in ein Kosinus- und Sinus-Abtastsignal umwandeln. Diese Abtastsignale werden einer Auswerte- und Korrekturschaltung 92 zugeführt, die ein digitales Codewort erzeugt. Der von der integrierten Schaltung 60 kommende korrigierte Positionswert P_K wird einem Eingang Auswerte- und Korrekturschaltung 92 zugeführt. Aus dem digitalen Codewort und dem zugeführten korrigierten Positionswert P_K erzeugt die Auswerte- und Korrekturschaltung 92 einen resultierenden, mehrstelligen, codierten Positionswert P_R, der der absoluten Position, das heißt dem absoluten Drehwinkel der Antriebswelle 10 hinsichtlich der Anzahl der Umdrehungen und hinsichtlich der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung entspricht.
Zu beachten ist, dass die Abtasteinrichtung 30 und die beiden integrierten Schaltungen 60 und 90 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird erreicht, dass die Auswerte- und Korrekturschaltung 62 und 92 der beiden integrierten Schaltungen 60 bzw. 90 jeweils nur zwei digitale codierte Werte verarbeiten müssen. Ferner erfolgt die Ermittlung des absoluten Positionswertes P_R in zwei getrennten, aufeinanderfolgenden Korrekturstufen.
Um systembedingte Fehler berücksichtigen zu können, weisen die integrierten Schaltungen 60 und 90 einen Speicher 63 bzw. 93 auf, in dem ein entsprechender Korrekturwert abgelegt ist. Hierbei kann die Auswerteschaltung 62 auf den Speicher 63 und die Auswerteschaltung 92 auf den Speicher 93 zugreifen.
In 2 ist ein alternativer Multiturn-Drehgeber dargestellt, der dem in 1 dargestellten Multiturn-Drehgeber ähnlich ist. Der wesentliche Unterschied besteht in der Reihenfolge der Zusammenschaltung einer dem Codeträger 20 zugeordneten Abtasteinrichtung 30' und zwei integrierter Schaltungen 60' und 90', die dem magnetischen Codeträger 50 bzw. 80 zugeordnet sind.
Die integrierte Schaltung 60' weist beispielsweise zwei um 90° versetzte Hall-Sensoren (nicht dargestellt) auf, welche das bei einer Drehung des magnetischen Codeträgers 50 entstehende rotierende Magnetfeld in ein Kosinus- und Sinus-Abtastsignal umwandeln. Eine Auswerteschaltung (nicht gezeigt) setzt die von den Hall-Sensoren kommenden Abtastsignale in einen mehrstelligen, codierten Positionswert P₁ um, welcher der in dieser Stufe ermittelten Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle 10 entspricht. Der Positionswert P₁ kann in ein Schieberegistrer geschrieben und taktgesteuert aus dem Schiebregister dem Eingang der integrierten Schaltung 90' zugeführt werden. Die integrierte Schaltung 90' entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten integrierten Schaltung 60. Die integrierte Schaltung 90' weist beispielsweise zwei um 90° versetzte Hall-Sensoren auf, welche das bei einer Drehung des magnetischen Codeträgers 80 entstehende rotierende Magnetfeld in ein Kosinus- und Sinus-Abtastsignal umwandeln. Die integrierte Schaltung 90' weist ferner eine Auswerte- und Korrekturschaltung (nicht dargestellt) auf, die die von den Hall-Sensoren kommenden Abtastsignale in ein digitales Codewort, welches der in dieser Stufe ermittelten Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle 10 entspricht, umsetzt. Aus dem digitalen Codewort und dem zugeführten Positionswert P₁ erzeugt die Auswerte- und Korrekturschaltung einen korrigierten Positionswert P_K, welcher der Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle 10 entspricht. Gesteuert durch ein nicht dargestelltes Taktsignal kann der korrigierte Positionswert P_K anschließend Bit für Bit dem Eingang der Abtasteinrichtung 30' zugeführt werden. Die Abtasteinrichtung 30' tastet den auf dem Codeträger 20 aufgebrachten Gray-Code mittels eines Sensors (nicht gezeigt) ab, der dem in 3 gezeigten Sensor 31 entsprechen kann. Die vom Sensor erzeugten Abtastsignale werden in einer Auswerte- und Korrekturschaltung (nicht dargestellt) in ein digitales Codewort umgewandelt. Das digitale Codewort entspricht der absoluten Position der Antriebswelle 10 innerhalb einer Umdrehung. Aus dem digitalen Codewort und dem zugeführten korrigierten Positionswert P_K erzeugt die Auswerte- und Korrekturschaltung einen korrigierten Positionswert, der den resultierenden, mehrstelligen, codierten Positionswert P_R darstellt, der der absoluten Position, das heißt dem absoluten Drehwinkel der Antriebswelle 10 bei jedem Winkel einer n-fachen Umdrehung der Welle hinsichtlich der Anzahl der Umdrehungen und hinsichtlich der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung entspricht.
3 zeigt ein Blockschaltbild, bei dem die Abtasteinrichtung 30 und die beiden integrierten Schaltungen 60 und 90 in Reihe geschaltet sind, wie dies in 1 dargestellt ist.
Angemerkt sei, dass das beschriebene Positionsmesssystem mit in Reihe geschalteten Abtasteinrichtungen ohne weiteres auch zur Messung von absoluten Positionen bei sich transversal bewegenden Körpern verwendet werden kann. In diesem Fall wird ein mehrfach unterteiltes Maßband mehrfach linear abgetastet.

Claims

Multiturn-Drehgeber zum Messen der absoluten Position eines rotierbaren Körpers (10), mit einem ersten Codeträger (20) zum Erfassen der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung, einem zweiten, magnetischen und einem dritten, magnetischen Codeträger (50, 80) zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen des rotierbaren Körpers (10), wobei zwischen jeweils zwei Codeträgern (20, 50; 50, 80) jeweils ein Untersetzungsgetriebe (40; 70) angeordnet ist, einer Abtasteinrichtung (30) mit einem Sensor (31) zum Abtasten des ersten Codeträgers (20) und mit einer Auswerteeinrichtung (32), die aus den Abtastsignalen ein erstes digitales Codewort erzeugt, das der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung entspricht, wobei dem zweiten, magnetischen Codeträger (50) eine erste integrierte Schaltung (60) und dem dritten magnetischen Codeträger (80) eine zweite integrierte Schaltung (90) zugeordnet ist, wobei die erste und zweite integrierte Schaltung (60, 90) jeweils mehrere Magnetsensoren (61, 64; 91, 94) zum magnetischen Abtasten des jeweiligen magnetischen Codeträgers (50, 80) und jeweils eine Auswerteeinrichtung (62, 92) zum Erzeugen eines zweiten bzw. dritten digitalen Codeworts, welches der in der jeweiligen Auswerteeinrichtung Anzahl der Umdrehungen des jeweiligen magnetischen Codeträgers entspricht, aufweisen, wobei die Auswerteeinrichtung (32) der Abtasteinrichtung (30), die Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) und die Auswerteeinrichtung (92) der zweiten integrierten Schaltung (90) elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei der Ausgang der Auswerteeinrichtung (32) der Abtasteinrichtung (30) mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) und der Ausgang der Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung (92) der zweiten integrierten Schaltung (90) verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung (62) der ersten integrierten Schaltung (60) eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines ersten korrigierten Positionswertes (P_K) aufweist, wobei die Erzeugungseinrichtung der Auswerteeinrichtung (62) den ersten korrigierten Positionswert aus dem ersten und zweiten digitalen Codewort ermittelt, und wobei die Auswerteeinrichtung (92) der zweiten integrierten Schaltung (90) eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines zweiten korrigierten Positionswertes (P_R), welcher der absoluten Position des rotierbaren Körpers (10) entspricht, aufweist, wobei die Erzeugungseinrichtung der Auswerteeinrichtung (92) den zweiten korrigierten Positionswert aus dem ersten korrigierten Positionswert und dem dritten digitalen Codewort ermittelt.
Multiturn-Drehgeber zum Messen der absoluten Position eines rotierbaren Körpers (10), mit einem ersten Codeträger (20) zum Erfassen der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung, einem zweiten, magnetischen und einem dritten, magnetischen Codeträger (50, 80) zum Erfassen der Anzahl der Umdrehungen des rotierbaren Körpers (10), wobei zwischen jeweils zwei Codeträgern (20, 50; 50, 80) jeweils ein Untersetzungsgetriebe (40; 70) angeordnet ist, einer Abtasteinrichtung (30') mit einem Sensor zum Abtasten des ersten Codeträgers (20) und einer Auswerteeinrichtung, die aus den Abtastsignalen ein erstes digitales Codewort erzeugt, das der absoluten Position innerhalb einer Umdrehung entspricht, wobei dem zweiten, magnetischen Codeträger (50) eine erste integrierte Schaltung (60') und dem dritten, magnetischen Codeträger (80) eine zweite integrierte Schaltung (90') zugeordnet ist, wobei die erste und zweite integrierte Schaltung (60', 90') jeweils mehrere Magnetsensoren zum magnetischen Abtasten des jeweiligen magnetischen Codeträgers (50, 80) und jeweils eine Auswerteeinrichtung zum Erzeugen eines zweiten bzw. dritten digitalen Codeworts, welches der Anzahl der Umdrehungen entspricht, aufweisen, wobei die Auswerteeinrichtung der Abtasteinrichtung (30'), die Auswerteeinrichtung der ersten integrierten Schaltung (60' und die Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung (90') elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei der Ausgang der Auswerteeinrichtung der ersten integrierten Schaltung (60') mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung (90') und der Ausgang der Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung (90') mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung der Abtasteinrichtung (30') verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung (90') eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines ersten korrigierten Positionswertes (P_K) aufweist, wobei die Erzeugungseinrichtung der Auswerteeinrichtung der zweiten integrierten Schaltung (90') den ersten korrigierten Positionswert aus dem zweiten und dem dritten digitalen Codewort ermittelt, und wobei die Auswerteeinrichtung der Abtasteinrichtung (30') eine Einrichtung zum Erzeugen und Ausgeben eines zweiten korrigierten Positionswertes (P_R), welcher der absoluten Position des rotierbaren Körpers (10) entspricht, aufweist, wobei die Erzeugungseinrichtung der Auswerteeinrichtung der Abtasteinrichtung (30') den zweiten korrigierten Positionswert aus dem ersten korrigierten Positionswert und dem ersten digitalen Codewort ermittelt.
Multiturn-Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede integrierte Schaltung (60, 90) eine Speichereinrichtung (63, 93) aufweist oder mit einer externen Speichereinrichtung verbunden ist, in welcher Korrekturwerte abgelegt werden können.
Multiturn-Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Schaltungen (60, 90) zum Berechnen von Korrekturwerten während des Betriebs ausgebildet sind.
Multiturn-Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der ersten und zweiten integrierten Schaltung (60, 90; 60', 90') erzeugten zweiten bzw. dritten digitalen Codewörter Bits enthalten, die die Anzahl der Umdrehungen betreffen, und Bits enthalten, die die absolute Position innerhalb einer Umdrehung betreffen.