DE10316251B4

DE10316251B4 - Absolute measuring system for the determination of angles or paths

Info

Publication number: DE10316251B4
Application number: DE10316251.8A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: DE10316251A1

Abstract

Messsystem (1, 12) zur Absoluterfassung von Winkeln oder Wegen, bei dem der Maßstab eine zur Absolutmessung geeignete Messspur mit mindestens zwei in gleicher Weise absolut codierten Teilstrecken aufweist, und mit einer zum Messgeber gehörenden Sensoranordnung mit Schaltmitteln ausgebildet zur Bestimmung der Absolutwerte innerhalb der Teilstrecken und der Teilstrecken selbst zum Gesamtabsolutwert, und zur Bereitstellung dieses Gesamtabsolutwertes zur Weiterverarbeitung bei vorhandener Netzversorgung, wobei bei Ausfall der Netzversorgung (14, 19) auf einen Hilfsnetzbetrieb mit externer Hilfsenergie umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den Hilfsnetzbetrieb eine dem Messgeber (1) zugeordnete gespeicherte Hilfsenergie (2, 18) vorhanden ist, auf die bei Ausfall der Netzversorgung und/oder der externen Hilfsenergie mittels Schaltungsanordnung umgeschaltet wird, um mindestens die Bestimmung der Teilstrecken selbst durch die dazu zugeordnete Sensoranordnung stromsparend zu gewährleisten.Measuring system (1, 12) for the absolute detection of angles or paths, in which the scale has a measuring track suitable for absolute measurement with at least two sections which are absolutely absolutely coded in the same way, and with a sensor arrangement belonging to the sensor with switching means designed for determining the absolute values within the partial sections and the sections themselves to Gesamtabsolutwert, and to provide this Gesamtabsolutwertes for further processing in existing network supply, being switched in case of failure of the mains supply (14, 19) to an auxiliary network operation with external auxiliary power, characterized in that for the auxiliary network operation a the encoder (1) associated stored auxiliary power (2, 18) is present, is switched to the failure of the mains supply and / or the external auxiliary power by means of circuitry to ge at least the determination of the sections itself by the associated sensor array to save energy währleisten.

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 industrial applications, angle and displacement measuring systems are currently predominantly known, which incrementally detect the relative displacement of the measuring device, as well as add directional values to a previously determined or entered reference value and thus determine the relative absolute value. The disadvantage is that the absolute position is lost after power off or power failure and it requires a new reference determination or reference input. Also, these measuring systems are very sensitive to disturbance variables and transient malfunctions and thus uncertain.

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.In length measuring systems, this problem has been alleviated somewhat by applying a more or less complex and defined reference track to the scale, which facilitated reference travel and permitted a limited verification of the measured values.

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. DE 43 42 069 C2 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.In the case of angle measuring systems or encoders, the reference pulse has been used for the reference movement for each revolution and thus the absolute value determined can also be checked or corrected. But if you want to detect the revolutions themselves, ie the multiple of 360 ° = 2π, then you have to take further measures for this multi-turn encoder. Either a separate gearbox is built into the metering system to sense its position with position sensors separately to detect the total revolutions that have been traveled, or a battery is used to power a separately installed RPM system in the event of power failure with power-saving sensors and counting logic and to store them captive. The gears are bulky, limit the life, as well as the detectable rotational positions and are also complicated by additional sensors. The separate revolution measuring system, mainly equipped with permanent magnets and magnetically conductive segment discs, as well as reed contacts with counting logic, is also bulky and has a limited life due to the mechanical contacts as well as critical battery life at the temperature-sensitive installation location for long-life industrial gauges, eg. B. in electric motors. In angle measuring systems has also been variously sought to avoid the transmission or the battery, in which special devices with permanent magnets and coils so ordered that the switching energy was used by the changing magnetic field for counting the position of the revolution and storage of the meter reading. Further details are z. B. from the patent no. DE 43 42 069 C2 refer to. But even these measuring devices are bulky and have by the use of special electronic flash memory modules limited life 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 Offenlegungsschrift DE 195 05 176 A1 ein optisches Verfahren beschrieben, das den in einer Linie aufgebrachten m-Sequenz-Code verwendet. Aber auch für magnetische Längenmesssysteme hat man einen auf einer separaten Spur aufgebrachten PRO-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.Following the increasing demand for absolute measuring systems, which at least spare the reference runs and reliably record the largely trouble-free measured values, as well as provide data transmission, new absolute measuring systems have been developed and launched on the market in recent years. Such is in the published patent application DE 195 05 176 A1 An optical method using the in-line m-sequence code is described. But even for magnetic length measuring systems one has used a PRO code applied on a separate track. Apart from the problem that the code length has to be determined for each scale length, the magnetic scales are bulky in size (about 20 mm wide × 2 mm high) and expensive to manufacture. The encoders are in the dimensions of the code length and magnetic pole pitch dependent, z. B. 11 bits × 5 mm ≥ 55 mm long and also have on the code length dependent variations of the sensor arrangements 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 is made even more aggravating that the code selection with the beginning and end selected cyclically continuously and the code length and code division must be performed matched to the diameter of the scale disk. This only allows a system with a fixed diameter and always requires a new encoder design when the diameter changes. In addition, still remains the unsatisfactorily resolved detection of multiple revolutions z. B. in robotics is becoming increasingly important.

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 invention has the object to remedy the above shortcomings and to provide a continuous solution for future-oriented absolute measurement systems for angles and paths. This is achieved by the features of claim 1.

Vorzugsweise wird hierbei eine neuartige Methode zur Bildung von Absolutwerten für Winkel und Wege nach Schutzrechtsanmeldung DE 103 120 45 A1 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 sparend erfassen.Preferably, this is a novel method for the formation of absolute values for angles and paths after patent application DE 103 120 45 A1 included in the case of lack of power supply only the sensor array must be supplied for the detection of sections. This is done now according to the invention with a rechargeable and belonging to the measuring device stored auxiliary power: The subject of the parent application is in more detail a measuring system for absolute value detection of angles and paths, in which this detected by a sensor arrangement are and in which the scale is composed of at least two trained in the same way for absolute value detection sections. In this system, at least one suitable track is provided on the scale for determining the absolute value of the respectively achieved partial section by means of the sensor arrangement, and switching means are provided which make available the total absolute value for further processing from the absolute value of the partial section and the determined absolute value within the partial section. The system is powered by a network. There is also provided a circuit arrangement which switches to auxiliary network operation in the event of failure of the network. In this mode of operation, the sensor arrangement is then used only for determining the absolute value of the particular sub-route that is being built. Basically, the invention is applicable to all absolute measurement systems that capture power-saving at least the absolutely coded sections with sensor and associated circuitry in case of power failure.

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 absolute measuring systems designed according to the mentioned patent application can be housed in actuators (electric motors, mechanical, electrical, pneumatic and hydraulic actuators) and devices and machines very small and ready to install. The increasing downsizing of the semiconductor structures will in the foreseeable future allow the placement of the entire absolute measurement system, including the sensor, on a chip size. The accommodation of the rechargeable and stored auxiliary power will increasingly take place outside the direct installation location of the measuring device. This alone because of the cramped installation conditions at the site and the often prevailing environmental pollution such. B. high temperatures. In any case, the belonging to the measuring device rechargeable auxiliary power even before the first separation point, z. B. connector, located in the power supply to the parent control device. This ensures that no separate measurement data is lost when the external network connection to the control unit is disconnected. Advantageously, offers to accommodate the rechargeable auxiliary power in the housing of the first pluggable separation point.

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 Nah- 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, locations for the rechargeable auxiliary power in the measuring system housing itself are advantageous if space and environmental conditions are not disturbing. It will also be useful in many cases to install the rechargeable auxiliary power in a separate housing directly next to the limited installation location of the absolute measuring system and to connect it to the measuring system via the shortest possible cable plug. In particular, if no line-connected external grid power is supplied, a separate housing for the auxiliary rechargeable power may include additional features to use the non-wired external energy to charge the auxiliary power. This can be z. B. by means of radiation energy from electromagnetic waves for near and far, or by means of transformative coupling of alternating currents, or by a displacement of mutually inducing electric and magnetic fields. The electromagnetic waves for energy transmission include the light rays, such as the sun's rays, but also z. b. Light rays that are for people in the visible and invisible frequency spectrum. To charge the auxiliary energy, all physical conversion principles can be included, which come into consideration for electrically charging the auxiliary power with practicable embodiments. Thus, the conversion of the kinetic energy into electrical charge, which can be obtained from the relative movement between the sensor and a scale with alternating magnetic poles by induction with at least one coil system, should also be explicitly mentioned here. Depending on the installation conditions and environmental conditions a variety of physical principles of action for non-wired charging of the auxiliary power are possible, which is due to the low energy consumption of the selected sensor arrangement, the counting of the sections is possible. For example, the use of known solar cell or even spark energy converter for always sufficient recharging in the inventive design of the measuring system is 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.The sufficient recharging of the auxiliary power 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 carrier, but also for the duration of the reserve, if sufficient recharging is not possible. Decisive here is 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. As a guide for the selection of the size of the auxiliary power, z. B. by means of a rechargeable battery, is the period of use of about 10 years. If z. If, for example, the energy of the recharge represents x% of the total energy requirement, then the charging capacity of the auxiliary energy carrier is: Q = (1 - x) · i · t; where i is the current of the measuring arrangement and t is their operating time.

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

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 z. B. the use of button cell-sized batteries structurally good and small in z. B. accommodate a connector housing. It is essential to design the sensor arrangement with the lowest possible power consumption and to keep the energy for the Weideraufladung the auxiliary power / battery as possible according to the power requirement. As a result, the required size / load capacity is kept small and is dimensioned for emergency use.

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

There are various arrangements of the rechargeable auxiliary power possible, the practicable versions are based heavily on cost, use and safety conditions. By way of example, the following arrangements are to be used:

• 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 will be the most popular and preferred version for popular angle and displacement measurement systems, especially where a mains power supply is available. This arrangement is particularly advantageous if an external auxiliary power is additionally needed. This redundant arrangement is "fail-safe" and allows in case of failure, the mutual exchange / repair of the auxiliary power of the measuring system and the external 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 an auxiliary power comes then cost-effective, if the possible power outages are only about less than 1 hour, but also if the loss of the absolute position is only allowed for short interruptions and carried out at longer power failures quite a Referenzbestimmun the measuring device can be.

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 rechargeable capacitor is advantageous when there is no external power supply. The arrangement is redundant in case of failure and allows the possibly necessary replacement of the battery, without loss of measurement data. In addition, the battery can be made smaller according to the capacitor.

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 längere Unterbrechung der Netzversorgung erwartet wird.The rechargeable capacitor in combination with a non-rechargeable battery is a worthwhile alternative to save costs. This version is particularly suitable if only in exceptional cases a longer interruption of the mains supply 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.If an external auxiliary energy is additionally present in the control system outside of the absolute measuring system, then the rechargeable auxiliary energy belonging to the measuring system can be dimensioned particularly small. Only in the case of the usually short separation of the external auxiliary power from the measuring system, z. As in the case of separation of the plug or repairs / replacement in case of service, the belonging to the measuring system and rechargeable auxiliary power is interpreted.

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.In the case of the redundant combination of the external auxiliary energy with the auxiliary energy belonging to the measuring system, it is expedient to use a rechargeable small battery or the rechargeable capacitor if only brief disconnections from the external auxiliary energy are to be expected. But even in such arrangements is always pay attention to the low current drain of the measuring system in network interruptions, as well as the external auxiliary power has a limited charge capacity and is used for a variety of sensors and other controls for data backup, z. B. in 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 auxiliary power belonging to the absolute measuring system offers the additional advantage of the industrially suitable use of radio transmission of measured data. This not only reduces the costly cable and connector overhead required to transmit the measurement data, it also eliminates the significant expense of bus systems in distributed control systems. In addition, the problem is solved in moving absolute encoders with elaborate cable guides and damage this under alternating loads, or significantly reduced. Even if a non-wired auxiliary power z. B. is not sufficient in an intensive measurement data exchange, so only the cost of the cable for the power supply is still applied. These are just two supply lines, since even the possibly existing external auxiliary energy can feed it via the absolute encoder. These two cables can be laid in bus-shaped form in controllers for the absolute encoders without special shielding measures. Not only are the thin cables flexible and space-saving in devices and machines accommodate, the susceptibility to alternating load is significantly reduced and the cable and connector costs are advantageously reduced.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert und die erfinderische Ausgestaltung näher beschrieben.Reference to the drawings embodiment of the invention will be explained and the inventive embodiment described in detail.

Es zeigen:Show it:

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

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

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 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 an absolute encoder called. He has a rechargeable auxiliary power z. B. a rechargeable battery 2 on. A logic 3 serves to detect the sections. With 4 the sensor arrangements are designated for both absolute values. A block 5 contains the logic of measurement signal processing and measurement signal transmission. The moving scale over whose tracks the two measured values are determined is with 6 designated. The from the transmitter 1 transmitted measurement results are via the serial measurement data exchange 17 on the control side of a 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 measured data are transmitted via lines 8th to a system control 12 transferred and implemented there accordingly. The supply of the encoder 1 happens via 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 side of the control panel 12 is a mains supply 14 provided via the grid feed 15 and the transmission lines 9 supplies the transmitter. This will also cause 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 case of power failure, an existing auxiliary power 13 the supply of the encoder 1 take. If this also fails or becomes the plug 10 / 11 disconnected, the encoder remains 1 only active with regard to the determination of the sections. This power-saving use can be achieved by the supply of the correspondingly sized auxiliary power 2 be ensured for a long time. Switching to this emergency is done 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 2 is different from that of 1 in that the rechargeable auxiliary power 2 of the 1 as a rechargeable auxiliary power 18 outside the transmitter 1 namely in the transmitter near connector part 10 is arranged. Their charging is a charging device 19 attached to the plug or integrated into it. The other components bear the same reference numerals as in 1 , The auxiliary power is in the case of power failure on the left half of the line 9 and the line 2 the transmitter 1 fed to its limited operation. An external power supply as in 14 in 1 is not planned here. The charging device 19 draws the energy from one of the possibilities explained above. The ladder 8th for data transmission, at least between plug part 10 and transducers 1 also be light guide.

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 3 is the auxiliary energy 2 housed again in the encoder. The mains supply 14 and optionally the external power supply 13 supply the encoder 1 and its rechargeable auxiliary power 2 over the wires 9 into which a plug 22 / 23 is turned on. The data exchange takes place here over radio, why the transmitter 1 and the system control 12 each with a transmitting and receiving antenna 20 respectively. 21 and each with a transmitter and receiver 30 respectively. 31 are equipped. The wires 9 , especially on the encoder side, can also be light guide 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 cable connection anymore. Here is outside the encoder 1 but near it a transmitter and receiver 33 with transmitting and receiving antenna 20 intended. The send and receive data of the logic 5 Beyond another logic 32 for the conversion of 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 ) to the system control 12 transferred (especially SSI). The rechargeable auxiliary power 18 is here again as in 2 outside the encoder 1 intended. It also gets here from a charging device 19 charged, which also worries the network supply. Here, a reduced radio transmission during battery operation is conceivable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: AbsolutmessgeberAbsolute encoders
22: aufladbare Hilfsenergie im Messgeberrechargeable auxiliary power in the encoder
2'2 ': Leitung für HilfsenergieLine for auxiliary power
33: Logik zur Erfassung der AbsolutteilstreckenLogic for detecting the absolute sections
44: Sensoranordnungen für AbsolutwerdenSensor arrangements for becoming absolute
55: Logik Messsignalverarbeitung und MessdatenaustauschLogic measurement signal processing and measurement data exchange
5a5a: Vergleichercomparator
66: Maßstab, MessobjektScale, target
77: serieller Messdatenaustausch auf Messgeberseiteserial measurement data exchange on encoder side
88th: Leitungen für MessdatenaustauschLines for measurement data exchange
99: NetzversorgungsleitungenPower supply lines
1010: Steckerteil auf MessgeberseitePlug part on encoder side
1111: Steckerteil auf SteuerungsseitePlug part on control side
1212: Systemsteuerungcontrol Panel
1313: externe Hilfsenergieexternal power supply
1414: Netzversorgungpower supply
1515: Netz-/Hilfsnetz-EinspeisungPower / auxiliary power feed
1616: Elektronik der SteuerungElectronics of the controller
1717: serieller Messdatenaustausch auf Steuerungsseiteserial measurement data exchange on the control side
1818: aufladbare Hilfsenergie außerhalb des MessgebersRechargeable auxiliary power outside the encoder
1919: Aufladevorrichtung für Hilfsenergie des AbsolutmessgebersCharging device for auxiliary power of the absolute encoder
2020: Sende- und Empfangsantenne für Funkübertragung auf MessgeberseiteTransmitting and receiving antenna for radio transmission at the transmitter side
2121: Sende- und Empfangsantenne für Funkübertragung auf SteuerungsseiteTransmitting and receiving antenna for radio transmission on the control side
2222: Netzstecker auf MessgeberseitePower plug on encoder side
2323: Netzstecker auf SteuerungsseitePower plug on control side
3030: Sende- und Empfangseinrichtung auf MessgeberseiteTransmitting and receiving device on the transmitter side
3131: Sende- und Empfangseinrichtung auf SteuerungsseiteTransmitting and receiving device on the control side
3232: Logik zur Wandlung der seriellen Sende- und EmpfangsdatenLogic for converting the serial transmission and reception data
3333: Sende- und Empfangseinrichtung außerhalb des AbsolutmessgebersTransmitting and receiving device outside the absolute encoder

Claims

Measuring system ( 1 . 12 ) for the absolute detection of angles or paths, in which the scale has a measuring track suitable for absolute measurement with at least two sections which are absolutely absolutely coded in the same way, and with a sensor arrangement belonging to the sensor with switching means for determining the absolute values within the sections and the sections themselves Total absolute value, and for providing this total absolute value for further processing in the case of existing mains supply, whereby in the event of a failure of the mains supply ( 14 . 19 ) is switched to an auxiliary network operation with external auxiliary power, characterized in that for the auxiliary network operation a the encoder ( 1 ) stored stored auxiliary energy ( 2 . 18 ) is present, is switched to the failure of the mains supply and / or the external auxiliary power by means of circuitry to ensure at least the determination of the sections themselves by the associated sensor array to save energy.

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

Measuring system according to claim 1, characterized in that the stored auxiliary energy is a rechargeable capacitor.

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

Measuring system according to claim 1, characterized in that the stored auxiliary power is a rechargeable capacitor and a non-rechargeable battery.

Measuring system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stored auxiliary energy ( 2 ) near the sensor ( 1 ) is arranged.

Measuring system according to claim 6, characterized in that the stored auxiliary energy ( 2 ) in the encoder ( 1 ) is arranged.

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

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

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

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

Measuring system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the charging of the stored auxiliary power ( 2 . 18 ) is effected 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 stored auxiliary power ( 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 formed at least on the encoder near side as a light guide.

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

Measuring system according to claim 15, characterized in that in case of failure of the Charging device ( 19 ) a reduced radio transmission ( 20 . 21 ) occurs during operation with the stored auxiliary power.