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Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur inkrementellen Wegstreckenmessung,
mit Mitteln zum Erfassen eines wegabhängigen, von einem ersten Sensor
gebildeten ersten Analogsignals und eines zu dem ersten Analogsignal
phasenversetzten wegabhängigen,
von einem zweiten Sensor gebildeten zweiten Analogsignals, und zum
Ermitteln eines von dem ersten Analogsignal abhängigen ersten Digitalsignals
und eines zu dem ersten Digitalsignal phasenversetzten, von dem
zweiten Analogsignal abhängigen
zweiten Digitalsignals. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende
Sensoranordnung und ein entsprechendes Verfahren.
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Eine
derartige Messvorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 104393 B1 bekannt. Die
Sensoren, beispielsweise fotoelektrische oder magnetische Sensoren,
geben Analogsignale aus, die beispielsweise von einem zurückgelegten
Weg oder Winkel abhängen.
Die Sensoren sind beispielsweise um 90 Grad zueinander phasenversetzt,
so dass sie beispielsweise ein Sinus- und ein Kosinussignal ausgeben.
Aus dem Sinus-Signal und dem Kosinus-Signal ermittelt die bekannte
Messvorrichtung anhand von Kippstufenschaltungen zwei um 90 Grad
elektrisch versetzte Rechteckspannungen. Zusätzlich bildet die bekannte
Messvorrichtung Betragswerte der beiden Sinus- und Kosinusspannungen
und führt
die jeweils niedrigere Spannung einem Analog-Digitalumsetzer zu.
Von dem Analog-Digitalumsetzer gebildete digitale Werte sowie zusätzlich die
beiden erstgenannten Rechteckspannungen dienen als Adressen für einen Festwertspeicher,
aus dem in Abhängigkeit
von der jeweiligen Adressierung Positionswerte ausgelesen werden
können.
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Bei
der bekannten Messvorrichtung müssen also
zu Adressierung des Festwertspeichers analoge Spannungen digitalisiert
werden und zudem Rechteckspannungen gebildet werden. Dieses Verfahren ist
verhältnismäßig aufwendig.
Ferner benötigt
die Digitalisierung von Spannung verhältnismäßig viel Zeit. Die Sensoren
müssen
in idealer Weise sinus- bzw. kosinusförmige Signale ausgeben.
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Auch
für andere,
bekannte Inkremental-Wegemessverfahren werden sinusförmige Positionssignale
benötigt.
Die entsprechenden Messvorrichtungen bilden anhand der sinusförmigen Analogsignale mit
Hilfe einer Arcustangens-Rechenmethode wegabhängige Wegesignale. Das Berechnen
der Arcusstangenfunktion ist aufwendig und benötigt verhältnismäßig viel Prozessorleistung
und/oder speziell ausgestaltete ASIC's (Application Spezific Integrated Circuit).
Eine solche Messvorrichtung wird beispielsweise in der
DE 38 38 291 C1 beschrieben.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung
der eingangs genannten Art bzw. ein entsprechendes Verfahren zur inkrementellen
Wegstreckenmessung bereitzustellen, die kostengünstig und effizient sind.
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Die
Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art
gelöst,
bei der die Mittel zum Vergleichen des ersten und des zweiten Analogsignals
mit mindestens zwei Schwellwerten und zum Ermitteln des ersten und
des zweiten Digitalsignals als digitale Pulsfolgen in Abhängigkeit
von einem Unterschreiten oder Überschreiten
der Schwellwerte durch das jeweilige erste und zweite Analogsignal
ausgestaltet sind. Die Aufgabe wird ferner durch eine entsprechende
Sensoranordnung und ein entsprechendes Verfahren gelöst.
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Die
Pulsfolgen haben die Werte Digital "0" oder "1". Die digitalen Pulsfolgen sind zueinander phasenversetzt,
das heißt
die jeweiligen Flankenwechsel der beiden Pulsfolgen treffen nicht
aufeinander. Wegabhängig
im Sinne der Erfindung ist allgemein zu verstehen und bedeutet z.B.
abhängig
von einem linearen Weg, von einer zurückgelegten Winkelstrecke oder
dergleichen. Als Orientierungsmittel für die Sensoren dienen beispielsweise
magnetische oder optische Markierungen. Die Orientierungsmittel sind
relativ zu den Sensoren beweglich.
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Die
Sensoren können
auch durch eine Sensoreinheit gebildet sein, beispielsweise einen
bipolaren MR-Sensor mit z.B. zwei Ausgängen für die beiden Analogsignale.
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Die
erfindungsgemäße Messvorrichtung
bildet die beiden Digitalsignale, beispielsweise Strom- oder Spannungssignale,
anhand der beiden Analogsignale, die beispielsweise von einem optischen
oder magnetischen Sensor erzeugt werden. Die Sensoren können Bestandteile
der Messvorrichtung bilden. Die Messvorrichtung bildet die Digitalsignale
in Abhängigkeit
von der jeweiligen Lage der Analogsignale zu den Schwellwerten,
also ob das jeweilige Analogsignal oberhalb, unterhalb oder zwischen
den Schwellwerten liegt. Anhand der beiden Digitalsignale kann die
Messvorrichtung oder eine nachgeschaltete Vorrichtung ein wegabhängiges Wegsignal
bilden. Beispielsweise kann hierfür ein Zählerbaustein verwendet werden.
Es ist auch möglich,
dass ein Speicher inkrementell adressiert wird und aus dem Speicher Werte
ausgelesen werden oder dergleichen.
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Die
Schwellwerte begrenzen einen oder mehrere Schwellwertkorridore.
Wenn eines der beiden Analogsignale in einen Schwellwertkorridor
hineintritt oder aus diesem heraustritt bewirkt die Messvorrichtung
einen Wechsel des dem Analogsignal jeweils zugeordneten Digitalsignal
von logisch "1" auf logisch "0" oder umgekehrt.
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Erfindungsgemäß wird auch
eine Sensoranordnung bereitgestellt, die als eine separate Baueinheit
intern ein Analogsignal bildet und aus diesem ein Digitalsignal
durch Vergleich des Analogsignals mit mindestens zwei Schwellwerten.
Die Schwellwerte können
an der Sensoranordnung einstellbar sein, beispielsweise im Rahmen
eines Fertigungsprozesses. Zur Bildung einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung
werden zwei derartige Sensoranordnungen miteinander kombiniert,
wobei die Sensoranordnungen oder relativ zu diesen bewegliche Orientierungsmittel
phasenversetzt angeordnet sind, so dass die von den Sensoranordnungen
erzeugten Digitalsignale zueinander phasenversetzt sind.
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Ein
bevorzugtes Anwendungsgebiet für
die erfindungsgemäße Messvorrichtung
ist die Fluidtechnik, insbesondere die Pneumatik. Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung
und/oder eine erfindungsgemäße Sensoranordnung
sind beispielsweise an einem pneumatischen Arbeitszylinder angeordnet.
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Die
Messvorrichtung kann teilweise in Software, teilweise in Hardware
realisiert sein, wobei auch reine Hardware-Varianten oder reine
Software-Varianten möglich
sind. Im Falle einer Ausführung in
Software bilden die Sensoren von der Messvorrichtung separate Baueinheiten.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen
Ansprüchen
sowie aus der Beschreibung.
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Zweckmäßigerweise
erfolgen die Flankenwechsel des ersten Digitalsignals etwa bei der
halben Pulslänge
des zweiten Digitalsignals und umgekehrt. Beispielsweise wird der
Phasenversatz zwischen dem ersten und dem zweiten Analogsignal entsprechend
eingestellt. Ferner können
die Schwellwerte entsprechend gewählt werden, um den Flankenwechsel
in der obengenannten Form einzustellen. Der Phasenversatz wird beispielsweise
durch entsprechend phasenversetzt angeordnete Sensoren erzeugt.
Es ist aber auch möglich,
relativ zu den Sensoren bewegliche Orientierungsmittel, beispielsweise Magnetanordnungen
mit aneinandergereihten Magneten, mit einem entsprechenden Phasenversatz auszugestalten,
so dass die Sensoren entsprechend phasenversetzte Analogsignale
ausgeben können. Beispielsweise
kann jedem Sensor ein Reihe von aneinandergereihten Magneten zugeordnet
sein, wobei die beiden Reihen zueinander phasenversetzt sind.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik müssen die Analogsignale nicht
zwingend sinus- oder kosinusförmig
sein, sondern können
beispielsweise dreieckförmig,
sägezahnförmig oder
dergleichen sein. Die Anforderungen an die Signalqualität der Sensoren
sind geringer als beim Stand der Technik. Beispielsweise durch entsprechende
Auswahl von Schwellwerten ist eine Anpas sung an das Signalverhalten
der Sensoren möglich.
Beispielsweise können für beide
Sensoren identische Schwellwerte gewählt werden. Es ist aber auch
möglich,
jedem Sensor bzw. jedem von einem Sensor erzeugten Analogsignal
individuelle Schwellwerte zuzuordnen. Die Analogsignale müssen zwar
nicht zwingend sinusförmig
sein. Allerdings ist es bevorzugt, dass sie jeweils symmetrisch
zu ihren Wendepunkten sind.
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Der
Phasenversatz zwischen den Analogsignalen und/oder die Schwellwerte
sind zweckmäßigerweise
so vorbestimmt, dass ein Flankenwechsel eines Digitalsignals etwa
bei der halben Pulslänge des
anderen Digitalsignals erfolgt und umgekehrt. Die durch die Digitalsignale
repräsentierten
Weginkremente sind dadurch in etwa gleich lang. Es versteht sich,
dass davon aber auch Abweichungen möglich sind, wobei vorteilhafterweise
die Flankenwechsel der beiden Digitalsignale nicht aufeinandertreffen.
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Zweckmäßigerweise
ist die Messvorrichtung zur Durchführung einer Phasenkorrektur
bezüglich des
ersten oder des zweiten Digitalsignals beim Ermitteln des Wegsignals
ausgestaltet, wobei die Messvorrichtung beispielsweise eine digitale
Umrechnung durchführt,
eine Tabelle benutzt oder dergleichen. In der Tabelle sind z.B.
durch ein Kalibrierverfahren ermittelte Korrekturwerte abgelegt.
Die Korrekturwerte sind z.B. anhand eines Referenzsystems ermittelt.
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Zweckmäßigerweise
sind zwar den beiden Analogsignalen jeweils identische Schwellwerte
zugeordnet. Es ist aber auch möglich
unterschiedliche Schwellwerte zu wählen, wobei beispielsweise
ein unterer Schwellwert für
beide Analogsignale gleich sein kann, während einer oder mehrere obere Schwellwerte
für jedes
der Analogsignale unterschiedlich gewählt sind.
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Zweckmäßigerweise
sind die Schwellwerte symmetrisch zu einer Amplituden-Mittelachse
der jeweiligen Analogsignale.
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Vorteilhafterweise
sind die Schwellwerte so vorbestimmt, dass die Pulse des anhand
der Schwellwerte jeweils gebildeten Digitalsignals im wesentlichen
gleich lang sind. Gleichlange Pulslängen bedeuten dabei gleichlange
Weginkremente.
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Die
Anzahl der Schwellwerte entspricht zweckmäßigerweise der Anzahl von Pulsen,
die das einem Analogsignal zugeordnete Digitalsignal während einer
Periode des Analogsignals aufweist.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße fluidtechnische
Aktoranordnung mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
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2 von
der Messvorrichtung gemäß 1 gebildete
sinusförmige
Analogsignale sowie anhand der Analog signale mit Hilfe zweier Schwellwerte
gebildete Digitalsignale,
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3 ein
von der Messvorrichtung gemäß 1 anhand
der Digitalsignale gemäß 2 gebildetes
wegabhängiges
Digitalsignal,
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4 entspricht
im wesentlichen 2, wobei dreieckförmige Analogsignale
dargestellt sind,
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5 ein
von der Messvorrichtung gemäß 1 anhand
der Digitalsignale gemäß 4 gebildetes
Wegsignal,
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6 zwei
zu den Analogsignalen gemäß 2 ähnliche
Analogsignale, wobei zwischen den Analogsignalen ein geringerer
Phasenversatz vorhanden ist und Digitalsignale anhand von vier Schwellwerten
gebildet sind, und
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7 ein
wegabhängiges
Wegsignal, das anhand der Digitalsignale gemäße 6 gebildet
ist.
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Eine
fluidtechnische Aktoranordnung 10 enthält einen Aktor 11,
beispielsweise einen pneumatischen Arbeitszylinder, der von einer
Steuerungsvorrichtung 12 gesteuert und überwacht wird. Der Aktor 11 ist
vorliegend ein Linearantrieb mit einem in Längsrichtung 13 vorwärts bzw.
rückwärts (angedeutet
durch Pfeile 14, 15) beweglichen Kolben bzw. Aktorglied 16.
Eine elektrisches Steuergerät 17 steuert über eine
Leitung 18 einen Antrieb eines Ventils 19, beispielsweise
eines 4/2-Wegeventils
oder einer sonstigen Ventilanordnung an. In der in 1 gezeigten
Stellung des Ventils 19 strömt Fluid, beispielsweise Druckluft,
aus einer Fluidversorgungseinrichtung 20 über eine
Leitung 21 in eine erste Kammer 22 eines Gehäuses 23 des
Arbeitszylinders 11 ein, so dass der Kolben 16 in
Richtung eines Endanschlags 24 vorwärts bewegt wird. Durch den
sich vorwärts
bewegenden Kolben 16 wird Fluid aus einer zweiten Kammer 25,
die durch den Kolben 16 von der ersten Kammer 22 getrennt
ist, verdrängt
und kann über
eine Leitung 26 und das Ventil 19 in die Atmosphäre entweichen.
Für eine
Rückwärtsbewegung 15 wird
in entsprechender Weise die zweite Kammer 25 mit Druckluft
beaufschlagt und die erste Kammer 22 entlüftet, so
dass sich der Kolben 16 in Richtung eines dem Endanschlag 24 entgegengesetzten
Anschlags 27 bewegt.
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Eine
Messvorrichtung 30 dient zur inkrementellen Wegstreckenmessung
am Aktor 11. Die Messvorrichtung 30 misst vorliegend
die jeweilige Längsposition
des Aktorglieds bzw. Kolbens 16. Sensoren 31, 32 tasten
an einer Kolbenstange 28 des Arbeitszylinders 11 angeordnete
Orientierungsmittel 33 ab. Die Sensoren 31, 32 sind
beispielsweise optische oder magnetische Sensoren, z.B. Fotowiderstände, Hall-Sensoren,
magnetoresistive Sensoren (MR-Sensoren) oder dergleichen. Je nach
Aus gestaltung der Sensoren 31, 32 als optische
oder magnetische Sensoren enthalten die Orientierungsmittel 33 beispielsweise
in Längserstreckungsrichtung
der Kolbenstange 28 angeordnete, durch die Sensoren 31, 32 erfassbare
optische oder magnetische Markierungen 34, z.B. abwechselnde
helle und dunkle Markierungen, an der Kolbenstange 28 angeordnete
Magnete oder dergleichen.
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Die
Orientierungsmittel 33 und die Sensoren 31, 32 sind
relativ zueinander beweglich. Bei Betätigung des Aktors 11 fährt die
Kolbenstange 28 in das Gehäuse 23 ein oder aus
diesem heraus. Dadurch werden die Orientierungsmittel 33 an
den Sensoren 31, 32 vorbeibewegt. Dann geben der
erste und der zweite Sensor 31, 32 wegabhängige erste
und zweite Analogsignale 35, 36 aus. Die Analogsignale 35, 36 sind
zueinander phasenversetzt. Beim Ausführungsbeispiel wird der Phasenversatz
durch eine nebeneinander versetzte Positionierung der Sensoren 31, 32 bewirkt,
wobei bei einer Längsbewegung
des Kolbens 16 eine Markierung 34 beispielsweise
zunächst in
den Erfassungsbereich des Sensors 31 und phasenversetzt
später
in den Erfassungsbereich des Sensors 32 gelangt.
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Die
Analogsignale 35, 36 sind beispielsweise wie in 2 dargestellt
im wesentlichen sinusförmig. Neben
dieser sozusagen idealen Form der Analogsignale 35, 36 sind
aber auch andere Signalformen möglich,
beispielsweise dreieckförmige
erste und zweite Analogsignale 35', 36', wie in 4 darge stellt,
oder sonstige Signalformen, beispielsweise Sägezahnformen, unregelmäßige Signalformen und/oder
mit Störungen
behaftete Analogsignale. Die Analogsignale 35, 36 sind
punktsymmetrisch zu Wendepunkten 37, die vorliegend auf
einer Amplituden-Mittelachse 29 der Analogsignale 35, 36 liegen.
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Die
Sensoren 31, 32 übermitteln die Analogsignale 35, 36 Auswerteeinrichtungen 40, 41 über Leitungen 39.
Die Auswerteeinrichtungen 40, 41 bilden anhand
der Analogsignale 35, 36 ein erstes und ein zweites
Digitalsignal 42, 43. Die Digitalsignale 42, 43 sind
digitale Pulsfolgen mit den Werten logisch "0" oder "1". Pulse 73 der Digitalsignale 42, 43 haben vorzugsweise
dieselben Pulslängen 74.
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Vergleichseinrichtungen 44 vergleichen
die Analogsignale 35, 36 mit Schwellwerten S1,
S2, die den Vergleichseinrichtungen 44 beispielsweise als Referenzspannungen
zugeführt
werden. Komparatoren 45, 46 vergleichen die Analogsignale 35, 36 jeweils
mit den Schwellwerten S1, 52, wobei die Komparatoren 45, 46 zur
Bildung der Digitalsignale 42, 43 logisch "0" ausgeben, wenn das jeweilige Analogsignal 35, 36 den
zugeordneten Schwellwert S1, S2 unterschreitet, und logisch "1" wenn es den Schwellwert S1, S2 überschreitet.
Beispielsweise überschreitet das
Analogsignal 35 in 2 zu einem
Weginkrementpunkt x11 den Schwellwert S2 und unterschreitet diesen
wieder zu einem Weginkrementpunkt x12. Zu einem Weginkrementpunkt
x13 unterschreitet das Analogsignal 35 den Schwellwert S1
und überschreitet
diesen wieder zu einem Weginkrementpunkt x14. Zwischen den Weginkrementpunkten
x12 und x13 sowie dem Weginkrementpunkt x14 und einem Weginkrementpunkt
x15 befindet sich das Analogsignal 35 in einem durch die
Schwellwerte S1, S2 begrenzten Schwellwertkorridor SK12. Das Analogsignal 35 über- oder
unterschreitet die Schwellwerte S1, S2 an Weginkrementpunkten x11
bis x19. In entsprechender Weise passiert das Analogsignal 36 die
Schwellwerte S1, S2 an Weginkrementpunkten x21 bis x29.
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Logikeinrichtungen 47 ermitteln
die Digitalsignale 42, 43 aus den Ausgangswerten
der Vergleichseinrichtungen 44 bzw. der Komparatoren 45, 46.
Die Logikeinrichtungen 47 enthalten beispielsweise je ein EXOR-Gatter.
Wenn sich die Analogsignale 35, 36 ober- oder
unterhalb des Schwellwertkorridors SK12 befinden, gibt die Logikeinrichtung 47 beispielsweise logisch "0" aus, wenn sich das Analogsignal 35, 36 innerhalb
des Schwellwertkorridors SK12 befindet, logisch "1".
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Die
Analogsignale 35, 36 und die Digitalsignale 42, 43 haben
einen Phasenversatz 48, der beispielsweise durch einen
Abstand der Sensoren 31, 32 in Längsrichtung 13 bedingt
ist. beispielsweise sind Scheitelpunkte 38 der Analogsignale 35, 36 um den
Phasenversatz 48 zueinander versetzt.
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Das
Steuergerät 17,
das vorliegend zumindest teilweise einen Bestandteil der Messvorrichtung 30 bildet,
ermittelt aus den Digitalsignalen 42, 43 ein wegabhängiges Wegsignal 49,
das beispielsweise den in 3 gezeigten
treppenförmigen
Verlauf aufweist. Dabei inkrementiert oder dekrementiert ein Inkrementmodul 50 das
Wegsignal 49 in Abhängigkeit von
den Digitalsignalen 42, 43. Das Inkrementmodul 50 inkrementiert
beispielsweise das Wegsignal 49 am Weginkrementpunkt x12,
bei dem das Digitalsignal 42 einen Flankenwechsel von "0" auf "1" hat, während das
Digitalsignal 43 den Wert "0" aufweist. Am
Weginkrementpunkt x23 wechselt auch das Digitalsignal 43 von "0" auf "1",
so dass das Inkrementmodul 50 das Wegsignal weiter erhöht.
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Das
Inkrementmodul 50 ist ein Softwaremodul, das in einem Speicher 51 des
Steuergeräts 17 gespeichert
ist und dessen Programmcode von einem Prozessor 52 aufgeführt werden
kann. Prinzipiell könnte
das Inkrementmodul 50 auch die Funktion der Logikeinrichtung 47 aufweisen.
Zum Empfangen der Digitalsignale 42, 43 sowie
zum Ausgeben von Steuerbefehlen an das Ventil 19 weist
das Steuergerät 17 eine
Ein-/Ausgabestelle 53 auf. Ferner kann das Steuergerät 53 von
einer übergeordneten
Steuerung 54 Steuerbefehle empfangen bzw. Meldungen an
diese senden, beispielsweise das Wegsignal 49. Zur Steuerung
des Ventils 19 bzw. des Arbeitszylinders 11 weist
das Steuergerät 17 ferner
ein Steuermodul 55 auf, das ebenfalls ein Programmmodul
mit durch den Prozessor 52 ausführbarem Code ist. Das Steuermodul 55 wertet
beispielsweise das Wegsignal 49 zur Steuerung des Aktors 11 aus.
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Die
Funktionen des Inkrementmoduls 50 könnten auch durch eine entsprechende
Logikschaltung realisiert sein, die beispielsweise einen Bestandteil
der Logikeinrichtungen 47 bilden kann. Ferner ist es möglich, Sensoranordnungen 56, 57 zu
bilden. Die Sensoranordnung 56 enthält beispielsweise den Sensor 31 sowie
die Auswerteeinrichtung 40, die zu einer Baueinheit kombiniert
sind, und die Sensoranordnung 57 den Sensor 32 sowie
die Auswerteeinrichtung 41. Ferner kann eine erfindungsgemäße Sensoranordnung
auch zwei Sensoren, beispielsweise die Sensoren 31, 32 sowie
die zugehörigen
Auswerteeinrichtungen 40, 41 enthalten, wobei
bereits durch zwei derartige Sensoranordnungen eine erfindungsgemäße Messvorrichtung
gebildet ist.
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Es
versteht sich, dass die Auswerteeinrichtungen 40, 41 auch
beispielsweise in ein Steuergerät in
der Art des Steuergeräts 17 integriert
sein können.
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Anhand
der 4 und 5 werden im Folgenden weitere
Varianten der Erfindung erläutert.
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Anstelle
der Analogsignale 35, 36 sind in 4 dreieckförmige Analogsignale 35', 36' eingezeichnet,
die beispielsweise durch andere, anstelle der Sensoren 31, 32 verwendete
Sensoren erzeugt werden. Die Auswerteeinrichtungen 40, 41 können auch
anhand der dreieckförmigen
Analogsignale 35', 36' die Digitalsignale 42, 43 unter
Berücksichtigung der
Schwellwerte S1, S2 bilden.
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Es
ist aber auch möglich,
dass beispielsweise der Sensor 32 anstelle des Analogsignals 36' ein Analogsignal 60 mit
geringerer Amplitude bildet. Das Analogsignal 60 überschreitet
den unteren Schwellwert S1 nicht und überschreitet den oberen Grenzwert
S2 an anderen Weginkrementpunkten als an den Weginkrementpunkten
x22, x23 und x26, x27. Daher werden der Auswerteeinrichtung 41 Schwellwerte
S1', S2' vorgegeben, so dass
die Auswerteeinrichtung 41 an den Weginkrementpunkten x21
bis x29 Flankenwechsel beim Digitalsignal 43 ermitteln kann.
Die Schwellwerte S1, S2 bzw. S1',
S2' können an
den Auswerteeinrichtungen 40, 41 einstellbar sein,
beispielsweise durch Anlegen externer Schwellwertspannungen und/oder
durch entsprechende Verstelleinrichtungen, z.B. in Form von Potentiometern.
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Die
Flankenwechsel der Digitalsignale 42, 43 erfolgen
jeweils zur halben Pulsperiode des jeweils anderen Digitalsignals.
Der Phasenversatz 48 entspricht im wesentlichen einer halben
Pulslänge 74 eines
Pulses 73 der Digitalsignale 42, 43.
Prinzipiell ist es aber auch möglich,
größere oder
kleinere Phasenversätze
zu wählen,
wobei lediglich die Flankenwechsel der beiden Digitalsignale 42, 43 nicht
aufeinandertreffen sollen. Beispielsweise könnte der Sensor 31 näher am Sensor 32 angeordnet
sein, so dass er anstelle des Analogsignals 35' ein Analogsignal 61 erzeugt
(in strichpunktierten Linien angezeichnet). Unter Berücksichtigung
der Schwellwerte S1, S2 ermittelt die Auswerteeinrichtung 40 dann
ein Digitalsignal 62 aus dem Analogsignal 61.
Anhand des Digitalsignals 62 sowie des Digitalsignals 43 bildet
das Inkrementmodul 50 ein Wegsignal 63, das im
Gegensatz zum Wegsignal 49 keinen gleichmäßigen treppenstufenartigen
Verlauf hat, weil zwei aufeinanderfolgende Treppenstufen unterschiedliche
Längen
haben.
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Das
Inkrementmodul 50 kann nun eine Korrektur durchführen, wobei
es beispielsweise aus dem Wegesignal 63 ein Wegesignal 64 bildet,
bei dem jeweils zwei Treppenstufen des Wegsignals 63 einer einzigen
Treppenstufe zugeordnet sind. Dadurch wird zwar die Weginkrement-Auflösung verringert,
jedoch repräsentieren
die Treppenstufen des Wegesignals 64 jeweils gleichlange
Weginkremente.
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Eine
feinere Weginkrement-Auflösung
mit kleineren Weginkrementen ist mittels weiterer Schwellwerte erzielbar.
In 6 ist beispielsweise eine durch vier Schwellwerte
S21 bis S24 bewirkte Signalhubfünftelung
von Analogsignalen dargestellt. Der Sensor 32 ist beispielsweise
näher an
den Sensor 31 herangerückt,
so dass der Sensor 32 anstelle des Analogsignals 36 ein
Analogsignal 36'' mit einem gegenüber dem
Phasenversatz 48 verkleinerten Phasenversatz 65 erzeugt.
Während
einer Periode P der Analogsignale 35, 36'' weisen die zugeordneten Digitalsignale 42'', 43'' den
vier Schwellwerten S21 bis S24 entsprechend vier Pulse auf. Zur
Bildung der Digitalsignale 42'' , 43'' könnte eine den Vergleichseinrichtungen 44 entsprechende
Vergleichseinrichtung beispielsweise zwei weitere Komparatoren und eine
den Logikeinrichtungen 47 entsprechende Logikeinrichtung
weitere Logikgatter aufweisen. Das Analogsignal 36 passiert
die Schwellwerte S21 bis S24 beispielsweise an Wegeinkrementpunkten
X31 bis X39, das Analogsignal 36'' die
Schwellwerte S21 bis S24 an Weginkrementpunkten X41 bis X49.
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Anhand
der Digitalsignale 42'', 43'' ist ein in 7 dargestelltes
Wegsignal 67 erzeugbar, das eine feinere Wegauflösung aufweist
als beispielsweise das Wegsignal 49.
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Es
versteht sich, dass anstelle der Wegsignale 49, 67 beispielsweise
auch wegstreckenabhängige
Zahlenwerte ermittelt und ausgegeben werden können.
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Es
ist auch möglich,
dass die durch die Sensoren 31, 32 erzeugten Analogsignale
einen größeren Phasenversatz
aufweisen, als den Phasenversatz 65, damit die Digitalsignale 42'' , 43'' den
Phasenversatz 65 aufweisen können. Beispielsweise könnte man
den Sensor 32 weiter vom Sensor 31 entfernt anordnen
als beim vorigen Ausführungsbeispiel,
so dass er an Stelle des zweiten Analogsignals 36'' ein Analogsignal 66 bildet.
Das Analogsignal 66 passiert zu denselben Weginkrementpunkten
X43 bis 49 die Schwellwerte S21 bis S24 wie das Analogsignal 36''.
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Es
versteht sich, dass auch mehr oder weniger Schwellwerte möglich sind,
als beispielsweise zwei oder vier Schwellwerte. Die Anzahl der Schwellwerte
und somit die maximal erzielbare Weginkrementauflösung hängt im wesentlichen
von der Qualität
der durch die jeweiligen Sensoren erzeugten Analogsignale ab, wobei
durch die vorigen Ausführungen deutlich
geworden ist, dass die erfindungsgemäße Messvorrichtung gegenüber Rohsignalfehlern
bei den Sensoren wesentlich unempfindlicher ist als die aus dem
Stand der Technik bekannten Messvorrichtungen.
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Prinzipiell
kann die Anzahl der Schwellwerte halbiert werden, wenn die Analogsignale
vor dem Vergleich mit dem Schwellwert oder den Schwellwerten gleichgerichtet
werden. Beispielsweise könnten aus
den Analogsignalen 35 und 36 gebildetes Halbwellensignal
mit lediglich einem der Schwellwerte S1 oder S2 verglichen werden.
Die Erfindung umfasst auch diese Variante, wobei die in den Ansprüchen gewählte Formulierung
sich auf nicht gleichgerichtete Analogsignale bezieht.