DE10316251A1

DE10316251A1 - Absolute value measuring system for determining angles or paths having a rechargeable auxiliary power reservoir associated with the measurement output

Info

Publication number: DE10316251A1
Application number: DE2003116251
Authority: DE
Inventors: Anton Rodi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: DE10316251B4

Abstract

The measurement system has a measurement indicator or output (1) which, in normal operation, is powered by a mains voltage supply (14). In the event of a mains power failure, the measurement indicator is switched over to an auxiliary power supply with a lower power consumption. In this mode of operation, only a rough determination of the measurement value is carried out. To maintain the auxiliary power supply a rechargeable power reservoir such as a battery or capacitor is associated with the measurement generator or indicator.

Description

Im industriellen Einsatz sind derzeit überwiegend Winkel- und Wegmesssysteme bekannt, die inkrementell die Relativverstellung der Messeinrichtung erfassen, sowie zu einem vorher bestimmten oder eingegebenen Referenzwert richtungsabhängig addieren und so den bezogenen Absolutwert ermitteln. Der Nachteil besteht darin, dass die absolute Position nach Netzabschaltung oder Netzausfall verloren geht und es einer neuen Referenzbestimmung bzw. Referenzeingabe bedarf. Auch sind diese Messsysteme gegenüber Störgrößen und transienten Fehlfunktionen sehr empfindlich und damit unsicher.in the Industrial use is predominantly angle and displacement measuring systems known, the incremental the relative adjustment of the measuring device record, as well as a previously determined or entered reference value add depending on direction and thus determine the absolute value obtained. The disadvantage is in that the absolute position after power cut or power failure is lost and a new reference determination or reference input requirement. These measuring systems are also immune to disturbances and transient malfunctions very sensitive and therefore insecure.

Bei Längenmesssystemen hat man dieses Problem etwas entschärft, in dem man eine mehr oder weniger aufwendige und definierte Referenzspur auf den Maßstab aufbrachte, die die Referenzfahrt erleichterte und eine eingeschränkte Überprüfung der Messwerte erlaubte.at Length measuring systems you have somewhat mitigated this problem by giving one more or applied less complex and defined reference track to the scale, which facilitated the reference run and a limited review of the Measured values allowed.

Bei Winkelmesssystemen bzw. Drehgebern hat man bei jeder Umdrehung den Referenzimpuls bei der Referenzfahrt herangezogen und so den begonnen Absolutwert bestimmt und auch dabei überprüfen bzw. korrigieren können. Will man aber die Umdrehungen selbst, d. h. das Vielfache von 360° = 2π erfassen, so hat man weiter Maßnahmen für dies Multiturngeber zu treffen. Entweder wird ein separates Getriebe in das Messsystem eingebaut, um dessen Position mit Stellungssensoren separat zur Erfassung der zurückgelegten ganzen Umdrehungen zu erfassen, oder es wird eine Batterie verwendet, die es gestattet, ein separat eingebautes Umdrehungsmesssystem bei Netzausfall mit Strom sparenden Sensoren und Zähllogik zu versorgen und unverlierbar zu speichern. Die Getriebe sind sperrig groß, begrenzen die Lebensdauer, sowie die erfassbaren Umdrehungspositionen und sind auch aufwendig durch zusätzliche Sensorik. Das separate Umdrehungsmesssystem, überwiegend mit Permanentmagneten und mittels magnetisch leitfähigen Segmentscheiben, sowie Reedkontakten mit Zähllogik ausgestattet, ist ebenfalls sperrig groß und hat eine begrenzte Lebensdauer durch die mechanischen Kontakte sowie kritische Batterielebensdauer am temperaturbehafteten Einbauort für langlebige Industriemessgeber, z.B. bei Elektromotoren. Bei Winkelmesssystemen hat man auch verschiedentlich das Getriebe bzw. die Batterie zu vermeiden gesucht, in dem man spezielle Vorrichtungen mit Permanentmagneten und Spulen so anordnete, dass die Schaltenergie durch das sich ändernde Magnetfeld zur Positionszählung der Umdrehung und Speicherung des Zählerstandes verwendet wurde. Nähere Angaben hierzu sind z.B. aus der Patenschrift Nr. (wird nachgereicht) zu entnehmen. Aber auch diese Messvorrichtungen sind sperrig groß und haben durch die zu verwendenden speziellen elektronischen Flash-Speicherbausteine begrenzte Lebensdauer und sind daher auch wenig verbreitet.at Angle measuring systems or encoders have one with every revolution Reference pulse used during the reference run and thus started Determines absolute value and can also check or correct it. Want but one turns itself, d. H. capture the multiple of 360 ° = 2π, so you have further measures for this multiturn encoder hold true. Either there is a separate gear in the measuring system built in to separate its position with position sensors Registration of the distance traveled whole revolutions, or it uses a battery that it allows a separately installed rotation measuring system in the event of a power failure to be supplied with energy-saving sensors and counting logic and cannot be lost save. The gears are bulky, limit the lifespan, as well as the detectable rotational positions and are also complicated by additional Sensors. The separate rotation measuring system, mostly with permanent magnets and by means of magnetically conductive Segment discs and reed contacts with counting logic are also available bulky and large has a limited lifespan due to the mechanical contacts as well critical battery life at the temperature-sensitive installation site for long-lasting Industrial encoders, e.g. for electric motors. With angle measuring systems you also have different gearboxes or batteries avoid wanted by using special devices with permanent magnets and arranged coils so that the switching energy due to the changing Magnetic field for position counting the revolution and storage of the counter reading was used. details Information on this is e.g. from patent no. (will be submitted later) refer to. But these measuring devices are also bulky and large through the special electronic flash memory modules to be used limited lifespan and are therefore not very common.

Dem zunehmenden Wunsch nach Absolutmesssystemen, die zumindest die Referenzfahrten ersparen und die weitestgehend störungsfreie Messwerte gesichert erfassen, sowie zur Datenübertragung bereitstellen folgend, sind in den letzten Jahren neue Absolutmesssysteme entwickelt und auf den Markt gebracht worden. So wird in der Patentschrift DE 19505176A1 ein optisches Verfahren beschrieben, das den in einer Linie aufgebrachten m-Sequenz-Sode verwendet. Aber auch für magnetische Längenmesssysteme hat man einen auf einer separaten Spur aufgebrachten PCR-Code verwendet. Abgesehen von dem Problem, dass für jede Maßstabslänge die Codelänge zu bestimmen ist, sind die magnetischen Maßstäbe sperrig groß (ca. 20 mm Breite × 2 mm Höhe) und aufwendig in der Herstellung. Auch sind die Messgeber in den Abmessungen von der Codelänge und Magnetpolteilung abhängig, z.B. 11 Bit × 5 mm ≥ 55 mm lang und weisen auch von der Codelänge abhängige Variationen der Sensoranordnungen sowie unterschiedliche Auswertelektroniken für die unterschiedlichen Codefolgen auf.In response to the increasing demand for absolute measuring systems that at least save on reference runs and record the largely interference-free measured values reliably, as well as for data transmission, new absolute measuring systems have been developed and brought onto the market in recent years. So in the patent DE 19505176A1 described an optical method which uses the m-sequence code applied in a line. A PCR code on a separate track has also been used for magnetic length measuring systems. Apart from the problem that the code length has to be determined for each scale length, the magnetic scales are bulky (approx. 20 mm wide × 2 mm high) and complex to manufacture. The dimensions of the encoders are also dependent on the code length and magnetic pole pitch, for example 11 bits × 5 mm ≥ 55 mm long and also have variations of the sensor arrangements which are dependent on the code length and different evaluation electronics for the different code sequences.

Für Winkelmesssysteme kommt noch erschwerend dazu, dass die Codeauswahl mit Anfang und Ende zyklisch fortlaufend gewählt und die Codelänge sowie Codeteilung auf den Durchmesser der Maßstabsscheibe abgestimmt ausgeführt werden muss. Dies erlaubt nur ein System mit einem fest gewählten Durchmesser und bedarf stets einer neuen Messgeberausführung, wenn der Durchmesser sich ändert. Zusätzlich bleibt nach wie vor die unbefriedigend gelöste Erfassung von Mehrfachumdrehungen, die z.B. in der Robotik eine zunehmende Bedeutung erhält.For angle measuring systems This is compounded by the fact that the code selection with start and End cyclically selected continuously and the code length and code division must be designed to match the diameter of the scale disc. This only allows a system with a fixed diameter and needs always a new encoder version, when the diameter changes. additionally remains the unsatisfactorily solved detection of multiple revolutions, the e.g. is becoming increasingly important in robotics.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde Abhilfe für die vorgenannten Unzulänglichkeiten und eine durchgehende Lösung für zukunftgerichtete Absolutmesssysteme für Winkel und Wege zu schaffen. Erreicht wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1.The The invention is based on the object of remedy for the aforementioned shortcomings and an end-to-end solution for future-oriented Absolute measuring systems for Creating angles and ways. This is achieved through the features of claim 1.

Vorzugsweise wird hierbei eine neuartige Methode zur Bildung von Absolutwerten für Winkel und Wege nach Schutzrechtsanmeldung 103 120 45.9 einbezogen, bei der bei fehlender Netzversorgung nur die Sensoranordnung zur Erfassung von Teilstrecken versorgt werden muss. Dies geschieht nun gemäß der Erfindung mit einer aufladbaren und zur Messeinrichtung gehörenden gespeicherten Hilfsenergie: Gegenstand der Hauptanmeldung ist ausführlicher gesagt ein Messsystem zur Absolutwerterfassung von Winkeln und Wegen, bei dem diese von einer Sensoranordnung erfasst werden und bei dem der Maßstab aus wenigstens zwei in gleicher Weise zur Absolutwerterfassung ausgebildeten Teilstrecken zusammengesetzt ist. Bei diesem System ist auf dem Maßstab mindestens eine geeignete Spur zur Bestimmung des Absolutwerts der jeweils erreichten Teilstrecke mittels der Sensoranordnung vorgesehen und es sind Schaltmittel vorgesehen, die aus dem Absolutwert der Teilstrecke und dem ermittelten Absolutwert innerhalb der Teilstrecke den Gesamtabsolutwert zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellen. Die Versorgung des Systems erfolgt aus einem Netz. Es ist ferner eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die bei Ausfall des Netzes auf Hilfsnetzbetrieb umschaltet. In dieser Betriebsart wird dann die Sensorenanordnung nur zur Bestimmung des Absolutwerts der jeweils errichten Teilstrecke benutzt. Grundsätzlich ist die Erfindung bei allen Absolutmesssystemen anwendbar, die bei Netzausfall mindestens die absolut kodierten Teilstrecken mit Sensor- und zugehöriger Schaltungsanordnung Strom sparen erfassen.A novel method for the formation of absolute values for angles and paths according to patent application 103 120 45.9 is preferably included here, in which, in the absence of a power supply, only the sensor arrangement for detecting partial sections has to be supplied. This is now done according to the invention with a rechargeable and stored auxiliary energy belonging to the measuring device: The main application relates in more detail to a measuring system for the absolute value detection of angles and paths, in which these are detected by a sensor arrangement and in which the scale consists of at least two in the same way part trained for absolute value acquisition stretch is composed. In this system, at least one suitable track is provided on the scale for determining the absolute value of the partial route reached in each case by means of the sensor arrangement, and switching means are provided which provide the total absolute value for further processing from the absolute value of the partial route and the determined absolute value within the partial route. The system is supplied from a network. A circuit arrangement is also provided which switches to auxiliary network operation in the event of a network failure. In this operating mode, the sensor arrangement is then only used to determine the absolute value of the section in question. In principle, the invention can be used with all absolute measuring systems which, in the event of a power failure, record at least the absolutely coded sections with sensor and associated circuit arrangement to save electricity.

Die nach der erwähnten Schutzrechtsanmeldung ausgeführten Absolutmesssysteme können sehr klein und einbaugerecht in Aktuatoren (Elektromotoren; mechanische, elektrische, pneumatische und hydraulische Stellglieder) sowie Geräten und Maschinen untergebracht werden. Die zunehmende Verkleinerung der Halbleiterstrukturen wird in absehbarer Zeit die Unterbringung des gesamten Absolutmesssystems, einschließlich des Sensors auf einer Chipgröße ermöglichen. Die Unterbringung der aufladbaren und gespeicherten Hilfsenergie wird zunehmend außerhalb des direkten Einbauortes der Messeinrichtung erfolgen. Dies allein schon wegen der beengten Einbauverhältnisse am Messort und den dort oft herrschenden Umweltbelastungen wie z.B. hohe Temperaturen. Auf jeden Fall soll sich die zur Messeinrichtung gehörende aufladbare Hilfsenergie noch vor der ersten Trennstelle, z.B. Steckerbindung, in der Netzzuleitung zu der übergeordneten Steuereinrichtung befinden. Damit wird sicher gewährleistet, dass bei Auftrennung der externen Netzverbindung zur Steuereinrichtung keine gespeicherten Messdaten verloren gehen. Vorteilhaft bietet sich an, die aufladbare Hilfsenergie in das Gehäuse der ersten steckbaren Trennstelle unterzubringen.The after the mentioned Property right registration executed Absolute measuring systems can do a lot small and suitable for installation in actuators (electric motors; mechanical, electrical, pneumatic and hydraulic actuators) as well as devices and machines be accommodated. The increasing downsizing of semiconductor structures in the foreseeable future, the accommodation of the entire absolute measuring system, including enable the sensor on a chip size. The accommodation of the rechargeable and stored auxiliary energy is increasingly outside the direct installation location of the measuring device. This alone already because of the cramped installation conditions at the measuring location and the there are often environmental pollution such as high temperatures. In any case, the rechargeable belonging to the measuring device should be Auxiliary energy before the first separation point, e.g. Plug bond, in the power supply line to the parent Control device. This will surely ensure that when the external network connection to the control device is disconnected no saved measurement data will be lost. Advantageously offers the rechargeable auxiliary energy into the housing of the first plug-in disconnection point accommodate.

Selbstverständlich sind Unterbringungsorte für die aufladbare Hilfsenergie im Messsystemgehäuse selbst vorteilhaft, wenn Platz und Umgebungsbedingungen nicht störend sind. Auch wird es vielfach zweckmäßig sein, unmittelbar neben dem begrenzten Einbauort des Absolutmesssystems die aufladbare Hilfsenergie in einem gesonderten Gehäuse einzubauen und über möglichst kurze Kabelstecker mit dem Messsystem zu verbinden. Vor allem, wenn keine leitungsgebundene externe Netzenergie zugeführt wird, kann ein separates Gehäuse für die aufladbare Hilfsenergie zusätzliche Ausgestaltungen beinhalten, um die nichtleitungsgebundene externe Energie mit zur Aufladung der Hilfsenergie zu verwenden. Dies kann z.B. mittels Strahlungsenergie von elektromagnetischen Wellen für Nach- und Fernbereich geschehen oder auch mittels transformatorischer Kopplung von Wechselströmen, bzw. durch einen Verschiebungsstrom sich gegenseitig induzierender elektrischer und magnetischer Felder. Zu den elektromagnetischen Wellen zur Energieübertragung gehören auch die Lichtstrahlen, wie die Sonnenstrahlen, aber auch z. b. Lichtstrahlen, die für Menschen im sichtbaren und unsichtbaren Frequenzspektrum liegen. Zu der Aufladung der Hilfsenergie können alle physikalischen Wandlungsprinzipien einbezogen werden, die zur elektrischen Ladung der Hilfsenergie mit praktikablen Ausführungen in Betracht kommen. So soll auch ausdrücklich hier die Wandlung der Bewegungsenergie in elektrische Ladung zählen, die aus der Relativbewegung zwischen Messgeber und einem Maßstab mit wechselnden Magnetpolen durch Induktionswirkung mit mindestens einem Spulensystem gewonnen werden kann. Je nach Einbaubedingungen und Umweltverhältnissen sind eine Vielzahl von physikalischen Wirkprinzipien für nicht leitungsgebundene Aufladungen der Hilfsenergie möglich, wodurch wegen des geringen Energieverbrauchs der gewählten Sensoranordnung die Zählung der Teilstrecken ermöglicht wird. Z. B. ist der Einsatz bekannter Solarzellen- oder sogar Funkenergie-Wandler zur stets ausreichenden Wiederaufladung in der erfinderischen Ausgestaltung des Messsystems möglich.Of course Accommodation locations for the rechargeable auxiliary energy in the measuring system housing itself is advantageous if Space and environmental conditions are not disturbing. It also gets many be appropriate directly next to the limited installation location of the absolute measuring system install the rechargeable auxiliary energy in a separate housing and over preferably to connect short cable plugs to the measuring system. Especially when no line-bound external network energy is supplied, can be a separate housing for the rechargeable auxiliary power additional Refinements include the non-wired external Energy to be used to charge the auxiliary energy. This can e.g. using radiation energy from electromagnetic waves for night and far range happen or also by means of transformative Coupling of alternating currents, or mutually inducing through a displacement current electric and magnetic fields. To the electromagnetic Waves for energy transmission also belong the light rays, like the sun rays, but also e.g. b. Light rays the for People are in the visible and invisible frequency spectrum. All physical principles of conversion can be used to charge the auxiliary energy are involved in the electrical charge of the auxiliary energy practical designs be considered. So the change of the Count kinetic energy in electrical charge resulting from the relative movement between encoder and a scale with changing magnetic poles by induction with at least a coil system can be obtained. Depending on the installation conditions and environmental conditions are a variety of physical principles of action for not wired charging of the auxiliary power possible, which is because of the low Energy consumption of the chosen Sensor arrangement the count which enables sections becomes. For example, the use of known solar cell or even radio energy converters for always sufficient recharging in the inventive design of the measuring system possible.

Die ausreichende Wiederaufladung der Hilfsenergie im Messsystem ist sehr hilfreich für die möglichst klein zu wählende Ladekapazität. Diese Grundspeicherung der Ladung der Hilfsenergie ist bestimmend für die Größe/Volumen des Energieträgers, aber auch für die Dauer der Reserve, wenn keine ausreichende Wiederaufladung möglich ist. Entscheidend hierbei ist, dass die übertragbare Energie E = u·i·t = P·t ausreichend ist, so dass möglichst ausreichend Energie für den Einsatzfall im Messsystem vorhanden ist. Als Richtgröße für die Auswahl der Baugröße der Hilfsenergie, z.B. mittels wiederaufladbarer Batterie, ist der Benutzungszeitraum von ca. 10 Jahren. Wenn z.B. die Energie der Wiederaufladung x % des Gesamtenergiebedarfs ausmacht, so ist die Ladekapazität des Hilfsenergieträgers: Q = (1 – x)·i·t;wobei i der Strom der Messanordnung ist und
t deren Einsatzzeit bedeutet.Sufficient recharging of the auxiliary energy in the measuring system is very helpful for the smallest possible charging capacity. This basic storage of the charge of the auxiliary energy is decisive for the size / volume of the energy source, but also for the duration of the reserve if sufficient recharging is not possible. It is crucial here that the transferable energy E = u · i · t = P · t is sufficient so that as much energy as possible is available for the application in the measuring system. The guideline for the selection of the size of the auxiliary power, for example using a rechargeable battery, is the period of use of approx. 10 years. If, for example, the energy of the recharge is x% of the total energy requirement, the charging capacity of the auxiliary energy source is: Q = (1 - x) · i · t; where i is the current of the measuring arrangement and
t means their operating time.

Bei x 0 50% und
i = 10 μA
t = 365 Tage/Jahr·24h/Tag·10 Jahre
t = 87,6·10³h
Q = (1 – x)·i·t = 0,5·10 – 5A·87,6·10³h
Q = 43,8·10 – 2·A·h = 438mAhAt x 0 50% and
i = 10 μA
t = 365 days / year24h / day10 years
t = 87.6 x 10 ³ h
Q = (1 - x) * t = 0.5 * 10 - 5A * 87.6 * 10 ³ h
Q = 43.8 · 10 · 2 · A · h = 438mAh

Diese Ladekapazität erlaubt z.B. die Verwendung von knopfzellengroßen Batterien, die baulich gut und klein in z.B. einem Steckergehäuse unterzubringen sind. Wesentlich dabei ist, die Sensoranordnung mit möglichst geringen Strombedarf auszulegen und die Energie für die Weideraufladung der Hilfsenergie/Batterie möglichst nach dem Leistungsbedarf zu halten. Hierdurch wird die benötigte Baugröße/Ladekapazität klein gehalten und ist für Einsatz-Notfälle dimensioniert.This loading capacity allows e.g. the use of button-cell batteries that are structurally good and small in e.g. be housed in a connector housing. Essential is the sensor arrangement with the lowest possible power consumption to interpret and the energy for the recharging of the auxiliary energy / battery if possible according to the power requirement to keep. As a result, the required size / loading capacity is small kept and is dimensioned for emergencies.

Es sind verschiedene Anordnungen der aufladbaren Hilfsenergie möglich, wobei die praktikabel nutzbaren Ausführungen sich stark nach Kosten, den Einsatz- und Sicherheitsbedingungen richten. Beispielhaft sollen folgende Anordnungen eingesetzt werden:

• wiederaufladbare Batterie
• aufladbarer Kondensator
• aufladbarer Kondensator mit wiederaufladbarer Batterie
• aufladbarer Kondensator mit nicht aufladbarer Batterie

Various arrangements of the rechargeable auxiliary energy are possible, the practically usable designs being strongly dependent on costs, the operating and safety conditions. The following arrangements should be used as examples:

• rechargeable battery
• rechargeable capacitor
• rechargeable capacitor with rechargeable battery
• rechargeable capacitor with non-rechargeable battery

Die wiederaufladbare Batterie wird die am meisten und bevorzugte Version für gängige Winkel- und Wegmesssysteme sein, vor allem dort, wo eine leitungsgebundene Netzversorgung zur Verfügung steht. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn noch eine externe Hilfsenergie zusätzlich gebraucht wird. Diese redundante Anordnung ist "Einfehlersicher" und erlaubt bei Ausfall den gegenseitigen Austausch/Reparatur der Hilfsenergie des Messsystems und der externen Hilfsenergie.The Rechargeable battery becomes the most preferred version for common angle and Position measuring systems, especially where there is a wired network supply is available. This arrangement is particularly advantageous if an external one Additional energy is needed. This redundant arrangement is "single-fault-proof" and allows the mutual in the event of failure Exchange / repair of the auxiliary energy of the measuring system and the external one Auxiliary power.

Der aufladbare Kondensator allein als Hilfsenergie kommt dann kostengünstig in Betracht, wenn die möglichen Netzunterbrechungen nur ca. kleiner 1 Stunde betragen, aber auch dann, wenn der Verlust der Absolutposition nur für kurze Unterbrechungen nicht erlaubt wird und bei längeren Netzausfällen durchaus eine Referenzbestimmun der Messeinrichtung durchgeführt werden kann.The rechargeable capacitor alone as auxiliary energy then comes in inexpensively Consider if the possible Network interruptions are only less than 1 hour, but also then if the loss of the absolute position only for short breaks is not is allowed and for longer Power outages are quite a reference determination of the measuring device can be carried out can.

Die wiederaufladbare Batterie mit aufladbarem Kondensator ist dann vorteilhaft, wenn keine externe Hilfsenergie vorhanden ist. Die Anordnung ist redundant im Fehlerfalle und erlaubt den eventuell notwendigen Austausch der Batterie, ohne Verlust von Messdaten. Zudem kann die Batterie entsprechend dem Kondensator kleiner dimensioniert werden.The rechargeable battery with a rechargeable capacitor is then advantageous if there is no external auxiliary energy. The arrangement is redundant in the event of an error and permits the replacement of the Battery, without loss of measurement data. The battery can also be used accordingly the capacitor can be made smaller.

Der aufladbare Kondensator in Kombination mit einer nicht aufladbaren Batterie ist eine erwägenswerte Alternative, um Kosten zu sparen. Diese Version bietet sich besonders an, wenn nur in Ausnahmefällen eine länger Unterbrechung der Netzversorgung erwartet wird.The rechargeable capacitor in combination with a non-rechargeable Battery is worth considering Alternative to save costs. This version is particularly useful if only in exceptional cases one longer Power supply interruption is expected.

Befindet sich im Steuersystem außerhalb des Absolutmesssystems zusätzlich eine externe Hilfsenergie, so kann die aufladbare und zum Messsystem gehörende Hilfsenergie besonders klein dimensioniert sein. Nur für den Fall der üblicherweise kurzen Trennung der externen Hilfsenergie vom Messsystem, z.B. bei Auftrennung des Steckers oder Reparaturen/Austausch im Servicefall, ist die zum Messsystem gehörende und aufladbare Hilfsenergie auszulegen.is yourself in the tax system outside of Absolute measuring system additionally an external auxiliary power, so the rechargeable and to the measuring system belonging Auxiliary energy can be dimensioned particularly small. Just in case the usually short separation the external auxiliary energy from the measuring system, e.g. when the Plug or repairs / replacement in the event of service, is the measurement system belonging and to design rechargeable auxiliary energy.

Bei der redundanten Kombination der externen Hilfsenergie mit der zum Messsystem gehörenden und aufladbaren Hilfsenergie ist zweckmäßigerweise eine wiederaufladbare kleine Batterie bzw. der aufladbare Kondensator zu verwenden, wenn nur kurze Trennungen von der externen Hilfsenergie zu erwarten sind. Aber auch in solchen Anordnungen ist stets auf die geringe Stromentnahme des Messsystems bei Netzunterbrechungen zu achten, da auch die externe Hilfsenergie eine begrenzte Ladekapazität aufweist und für eine Vielzahl von Sensoren sowie sonstige Steuerungen zur Datensicherung eingesetzt wird, z.B. bei mehrachsigen Robotern.at the redundant combination of the external auxiliary energy with that for Measuring system belonging and rechargeable auxiliary energy is expediently a rechargeable one small battery or rechargeable capacitor to use if only short separations from the external auxiliary energy are to be expected. But even in such arrangements is always on the low current draw of the measuring system in the event of network interruptions, as the external Auxiliary energy has a limited charging capacity and for a variety sensors and other controls are used for data backup, e.g. for multi-axis robots.

Die zum Absolutmesssystem gehörende wiederaufladbare Hilfsenergie bietet den zusätzlichen Vorteil, den industrietauglichen Einsatz der Funkübertragung von Messdaten. Dies reduziert nicht nur den teuren Kabel- sowie Steckeraufwand zur Übertragung der Messdaten, es erspart auch die erheblichen Aufwendungen für Bus-Systeme in verteilten Steuersystemen. Zusätzlich wird die Problematik bei bewegten Absolutmessgebern mit aufwendigen Kabelführungen und Schädigungen dieser bei Wechselbelastungen beseitigt, bzw. erheblich reduziert. Selbst wenn eine nicht leitungsgebundene Hilfsenergie z.B. bei einem intensiven Messdatenaustausch nicht ausreichend ist, so ist lediglich der Kabelaufwand für die Netzversorgung noch aufzubringen. Dies sind lediglich zwei Versorgungsleitungen, da sogar die eventuell vorhandene externe Hilfsenergie darüber den Absolutmessgeber speisen kann. Diese zwei Leitungen sind ohne besondere Schirmmaßnahmen busförmig in Steuerungen zu den Absolutmessgebern verlegbar. Nicht nur die dünnen Leitungen sind flexibel und Platz sparend in Geräten und Maschinen unterzubringen, auch die Anfälligkeit bei Wechselbelastung wird erheblich reduziert und die Kabel- sowie Steckerkosten werden vorteilhaft gesenkt.The rechargeable batteries belonging to the absolute measuring system Auxiliary energy offers the additional Advantage, the industrial use of radio transmission of measurement data. This not only reduces the expensive cable as well Plug effort for transmission of the measurement data, it also saves the considerable expenses for bus systems in distributed Control systems. additionally the problem with moving absolute encoders with complex cable guides and damage this is eliminated or significantly reduced in the case of alternating loads. Even if a non-line auxiliary energy e.g. at a intensive measurement data exchange is not sufficient, it is only the cable effort for to bring up the power supply. These are just two supply lines, because even the possibly existing external auxiliary energy above it Absolute encoder can feed. These two lines are without special shielding measures bus-like Can be installed in controls for the absolute encoders. Not only the thin Cables are flexible and save space in devices and machines, also the vulnerability with alternating load is significantly reduced and the cable as well Connector costs are advantageously reduced.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert und die erfinderische Ausgestaltung näher beschrieben.Based the drawing will be exemplary embodiment of the invention explained and the inventive design described in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Ausführungsbeispiel mit der aufladbaren Hilfsenergie im Messgeber 1 an embodiment with the rechargeable auxiliary energy in the encoder

2 ein Ausführungsbeispiel mit ausgelagerter Hilfsenergie 2 an embodiment with outsourced auxiliary energy

3 ein Ausführungsbeispiel mit Signalübertragung per Funk 3 an embodiment with signal transmission by radio

4 ein Ausführungsbeispiel ohne Verbindungsleitungen zwischen Messgeber und der Systemsteuerung 4 an embodiment without connecting lines between the encoder and the system control

In 1 ist mit 1 ein Absolutmessgeber bezeichnet. Er weist eine wiederaufladbare Hilfsenergie z.B. eine wiederaufladbare Batterie 2 auf. Eine Logik 3 dient zur Erfassung der Teilstrecken. Mit 4 sind die Sensorenanordnungen für beide Absolutwerte bezeichnet. Ein Block 5 enthält die Logik der Messsignalverarbeitung und Messsignalübertragung. Der sich bewegende Maßstab, über dessen Spuren die beiden Messwerte bestimmt werden, ist mit 6 bezeichnet. Die vom Messwertgeber 1 übertragenen Messergebnisse werden über den seriellen Messdatenaustausch 17 auf der Steuerungsseite einer Steuerungselektronik 16 zur Auswertung und Verarbeitung der Messergebnisse zugeführt.In 1 is with 1 called an absolute encoder. It has a rechargeable auxiliary energy, for example a rechargeable battery 2 on. A logic 3 serves to record the sections. With 4 are the sensor arrangements for both absolute values. A block 5 contains the logic of the measurement signal processing and measurement signal transmission. The moving scale, on the tracks of which the two measured values are determined, is included 6 designated. The from the transmitter 1 The measurement results are transferred via the serial measurement data exchange 17 on the control side of control electronics 16 supplied for evaluation and processing of the measurement results.

Bei 7 werden die Messdaten über Leitungen 8 zu einer Systemsteuerung 12 übertragen und dort entsprechend umgesetzt. Die Versorgung des Messgebers 1 geschieht über Leitungen 9. In die Übertragungsleitungen 8, 9 ist ein Stecker 10/11 eingeschaltet.at 7 the measurement data over lines 8th to a control panel 12 transferred and implemented accordingly. The supply of the encoder 1 happens over lines 9 , In the transmission lines 8th . 9 is a plug 10/11 switched on.

Auf der Seite der Systemsteuerung 12 ist eine Netzversorgung 14 vorgesehen, die über die Netzeinspeisung 15 und die Übertragungsleitungen 9 den Messwertgeber versorgt. Hierdurch wird auch die Batterie 2 geladen.On the control panel side 12 is a mains supply 14 provided that via the grid feed 15 and the transmission lines 9 supplies the transmitter. This will also change the battery 2 loaded.

Bei Netzausfall kann eine vorhandene Hilfsenergie 13 die Versorgung des Messgebers 1 übernehmen. Fällt auch diese aus oder wird der Stecker 10/11 getrennt, so bleibt der Messgeber 1 nur noch hinsichtlich der Bestimmung der Teilstrecken aktiv. Dieser stromsparende Einsatz kann durch die Versorgung durch die entsprechend bemessene Hilfsenergie 2 für lange Zeit sicher gestellt werden. Die Umschaltung auf diesen Notfall wird durch einen Vergleicher 5a bewirkt.In the event of a power failure, an existing auxiliary energy can 13 the supply of the encoder 1 take. If this also fails or becomes the plug 10/11 the transmitter remains separate 1 only active with regard to the determination of the sections. This energy-saving use can be achieved by the supply of the correspondingly dimensioned auxiliary energy 2 be ensured for a long time. The switch to this emergency is made by a comparator 5a causes.

Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von dem der 1 dadurch, dass die aufladbare Hilfsenergie 2 der 1 als aufladbare Hilfsenergie 18 außerhalb des Messwertgebers 1 und zwar im Messwertgeber nahen Steckerteil 10 angeordnet ist. Zu deren Aufladung ist eine Aufladevorrichtung 19 am Stecker angebaut oder in ihn integriert. Die übrigen Bauelemente tragen die gleichen Bezugszeichen wie in 1. Die Hilfsenergie wird im Falle des Netzausfalls über die linke Hälfte der Leitung 9 und die Leitung 2' dem Messwertgeber 1 zu dessen eingeschränktem Betrieb zugeführt. Eine externe Hilfsenergie wie bei 14 in 1 ist hier nicht vorgesehen. Die Aufladevorrichtung 19 bezieht die Energie aus einer der oben erläuterten Möglichkeiten. Die Leiter 8 zur Datenübertragung können zumindest zwischen Steckerteil 10 und Messwertgeber 1 auch Lichtleiter sein.The embodiment of the 2 differs from that of 1 in that the rechargeable auxiliary energy 2 the 1 as rechargeable auxiliary energy 18 outside the transmitter 1 namely in the connector near the transmitter 10 is arranged. A charging device is used to charge them 19 attached to the plug or integrated into it. The other components have the same reference numerals as in 1 , In the event of a power failure, the auxiliary power is supplied via the left half of the line 9 and the line 2 ' the transmitter 1 fed to its restricted operation. An external auxiliary energy like at 14 in 1 is not provided here. The charger 19 draws the energy from one of the options explained above. The ladder 8th for data transmission can at least between the connector part 10 and transmitter 1 also be light guides.

Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist die Hilfsenergie 2 wieder im Messgeber untergebracht. Die Netzversorgung 14 und gegebenenfalls die externe Hilfsenergie 13 versorgen den Messgeber 1 und dessen aufladbare Hilfsenergie 2 über die Leitungen 9, in die ein Stecker 22/23 eingeschaltet ist. Der Datenaustausch erfolgt hier über Funk, weshalb der Messgeber 1 und die Systemsteuerung 12 je mit einer Sende- und Empfangsantenne 20 bzw. 21 und mit je einem Sender und Empfänger 30 bzw. 31 ausgestattet sind. Die Leitungen 9, insbesondere auf der Messgeberseite, können auch hier Lichtleiter sein.In the embodiment of the 3 is the auxiliary energy 2 again housed in the encoder. The mains supply 14 and if necessary the external auxiliary energy 13 supply the encoder 1 and its rechargeable auxiliary energy 2 over the lines 9 in which a plug 22/23 is switched on. The data exchange takes place via radio, which is why the encoder 1 and the control panel 12 each with a transmitting and receiving antenna 20 respectively. 21 and with one transmitter and one receiver 30 respectively. 31 are equipped. The lines 9 , especially on the encoder side, can also be light guides here.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 besteht zwischen dem Messgeber 1 und der Systemsteuerung 12 keine Kabelverbindung mehr. Hier ist außerhalb des Messgebers 1 aber in dessen Nähe ein Sender und Empfänger 33 mit Sende- und Empfangsantenne 20 vorgesehen. Die Sende- und Empfangsdaten der Logik 5 werden über eine weitere Logik 32 zur Wandlung der Sende- und Empfangsdaten und dem seriellen Messdatenaustauscher 7 zu der Logik 5 oder von ihr weg über Funk (Sender/Empfänger 31, 33) zur Systemsteuerung 12 übertragen. (insbesondere SSI) Die aufladbare Hilfsenergie 18 ist hier wieder wie in 2 außerhalb des Messgebers 1 vorgesehen. Sie wird auch hier von einer Aufladevorrichtung 19 aufgeladen, die auch die Netzversorgung besorgt. Hier ist auch eine reduzierte Funkübertragung bei Batteriebetrieb denkbar.In the embodiment of the 4 exists between the encoder 1 and the control panel 12 no more cable connection. Here is outside the transducer 1 but in the vicinity of a transmitter and receiver 33 with transmitting and receiving antenna 20 intended. The send and receive data of the logic 5 are about another logic 32 for converting the send and receive data and the serial measurement data exchanger 7 to the logic 5 or away from it via radio (transmitter / receiver 31 . 33 ) for control panel 12 transfer. (especially SSI) The rechargeable auxiliary energy 18 is like in here again 2 outside the transducer 1 intended. It is also here of a charging device 19 charged, which also worries the mains supply. A reduced radio transmission with battery operation is also conceivable here.

11: AbsolutmessgeberAbsolute encoders
22: aufladbare Hilfsenergie im Messgeberrechargeable Auxiliary energy in the encoder
33: Logik zur Erfassung der Absolutteilstreckenlogic to record the absolute partial distances
44: Sensoranordnungen für Absolutwerdensensor arrays for becoming absolute
55: Logik Messsignalverarbeitung und Messdatenaustauschlogic Measurement signal processing and data exchange
66: Maßstab, MessobjektScale, target
77: serieller Messdatenaustausch auf Messgeberseiteserial Measurement data exchange on the encoder side
88th: Leitungen für Messdatenaustauschcables for data exchange
99: NetzversorgungsleitungenPower supply lines
1010: Steckerteil auf Messgeberseiteplug part on the encoder side
1111: Steckerteil auf Steuerungsseiteplug part on the control side
1212: Systemsteuerungcontrol Panel
1313: externe Hilfsenergieexternal power supply
1414: Netzversorgungpower supply
1515: Netz-/Hilfsnetz-EinspeisungPower / auxiliary power feed
1616: Elektronik der Steuerungelectronics the control
1717: serieller Messdatenaustausch auf Steuerungsseiteserial Measurement data exchange on the control side
1818: aufladbare Hilfsenergie außerhalb des Messgebersrechargeable Auxiliary energy outside of the encoder
1919: Aufladevorrichtung für Hilfsenergie des Absolutmessgeberscharging for auxiliary energy of the absolute encoder
2020: Sende- und Empfangsantenne für Funkübertragung auf MessgeberseiteSend- and receiving antenna for radio transmission on the encoder side
2121: Sende- und Empfangsantenne für Funkübertragung auf SteuerungsseiteSend- and receiving antenna for radio transmission on the control side
2222: Netzstecker auf Messgeberseitepower plug on the encoder side
2323: Netzstecker auf Steuerungsseitepower plug on the control side
3030: Sende- und Empfangseinrichtung auf MessgeberseiteSend- and receiving device on the encoder side
3131: Sende- und Empfangseinrichtung auf SteuerungsseiteSend- and receiving device on the control side
3232: Logik zur Wandlung der seriellen Sende- und Empfangsdatenlogic for converting the serial send and receive data
3333: Sende- und Empfangseinrichtung außerhalb des AbsolutmessgebersSend- and receiving device outside the Absolute measuring encoder

Claims

Absolute measuring system ( 1 . 12 ) to determine angles or paths, whose transducer ( 1 ) in normal operation from a power supply (mains) ( 14 ) is supplied, whereby the encoder ( 1 ) if the power supply fails ( 14 ) can be switched to auxiliary network operation with lower energy consumption, and in this operating mode only a rough determination of the measured value is made, in particular according to patent ... (patent application 103 120 45.9), characterized in that in order to maintain auxiliary network operation a sensor ( 1 ) assigned rechargeable memory ( 2 ) is provided.

Measuring system according to claim 1, characterized in that the memory is a battery ( 2 ) is.

Measuring system according to claim 1, characterized in that the memory is a chargeable capacitor

Measuring system according to claim 1, characterized in that the memory is a rechargeable battery and a rechargeable capacitor is.

Measuring system according to claim 1, characterized in that the memory is a chargeable capacitor and a non-chargeable Battery is.

Measuring system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rechargeable memory ( 2 ) at least near the sensor ( 1 ) is arranged.

Measuring system according to claim 6, characterized in that the memory in the transmitter ( 1 ) is arranged.

Measuring system according to claim 6, characterized in that the memory ( 18 ) in the transmitter part of a connector ( 10 ) is arranged.

Measuring system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the charging of the memory ( 2 . 18 ) is done by solar cells.

Measuring system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the charging of the memory ( 2 . 18 ) by means of electromagnetic waves.

Measuring system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the charging of the memory ( 2 . 18 ) takes place by means of transformer coupling.

Measuring system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the charging of the memory ( 2 . 18 ) by means of an induction of fields generated by movement.

Measuring system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the charging of the memory ( 2 . 18 ) via lines ( 9 ) through the network ( 14 ) and / or an external auxiliary energy ( 13 ) he follows.

Measuring system according to claim 13, characterized in that the lines ( 9 ) are designed as light guides at least on the side near the sensor.

Measuring system according to one of claims 1 to 14, characterized in that the transmission of the signals between the measuring transmitter ( 1 ) and a control panel ( 12 ) by means of transmitter / receiver ( 31 . 33 ) done via radio.