DE19628833A1 - Kodiereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine absolute Kodiereinrichtung mit einer oder mehreren Umdrehungen, bei der alle Hardware- und Software- Technologien eingesetzt werden können, die für inkrementale Ko­ diereinrichtungen geeignet sind.

Es ist bekannt, daß inkrementale Kodiereinrichtungen periodische Signale abgeben, deren Zählung proportional zur Drehung oder Verschiebung der gesteuerten Einrichtung ist.

Der Hauptnachteil inkrementaler Kodiereinrichtungen besteht darin, daß diese beim Abschalten die Informationen nicht speichern, so daß beim erneuten Einschalten die Zählung wieder bei Null beginnt, unabhängig von der Anfangsstellung des gesteuerten Organs. Wenn es unerläßlich ist, beispielsweise in vielen industriellen Anwendungsfällen, beim Einschalten sofort die genaue Position eines gesteuerten Mechanismus zu kennen, müssen absolute Kodiereinrichtungen verwendet werden, die eine wesentlich kompliziertere und voluminösere Struktur haben und darüber hinaus mit komplizierten und teueren elektronischen Steuerkarten verbunden werden müssen.

Die gegenwärtig auf dem Markt verfügbaren Schnittstellen- Standards sind verhältnismäßig kostenaufwendig, da sie im allgemeinen einen Mikroprozessor in der Kodiereinrichtung voraussetzen oder eine Hardware benötigen, die auf das Steuerorgan abgestimmt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz von absoluten Kodiereinrichtungen mit einer oder mehreren Umdrehungen wesentlich einfacher und kostengünstiger zu machen, wozu Steuerkarten verwendet werden sollen, die dieselbe Schaltungsschnittstelle haben, wie sie für den Einsatz bei inkrementalen Kodiereinrichtungen vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der Aufwand für die Projektierung der Basis-Hardware in Grenzen gehalten, so daß die Kosten verhältnismäßig gering sind. Dies wird dadurch erreicht, daß durch einfache Veränderungen der Software, die im Set-Up-Modus konfigurierbar sind, der Betrieb der Kodiereinrichtung zwischen absolut und inkremental differenzierbar ist.

Das Grundkonzept, das der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, daß im Moment des Einschaltens die Einstellung (Setting) des mit der Kodiereinrichtung verbundenen Zählers auf denselben, aktiven und absoluten Wert des Kodes erfolgt, und zwar durch eine Folge von Impulsen einer "simulierten" Bewegung, die bei stillstehender Maschine vor dem Befehl zum Einleiten der operativen Phase erzeugt werden.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht somit darin, daß absolute Kodiereinrichtungen zur Verfügung gestellt werden, bei denen Steuerkarten o. ä. verwendet werden können, die dieselbe Schaltungsschnittstelle wie für inkrementale Kodiereinrichtungen haben. Auf diese Weise werden komplizierte Systeme und hohe Kosten für Steuerstandards vermieden, wie sie gegenwärtig für absolute Kodiereinrichtungen notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Information über die Position des gesteuerten Organs während der operativen Phase mit einer inkrementalen Kodierung übertragen wird, was am sichersten und schnellsten ist, da diese Kodierungsübertragung dieselben Eigenschaften wie eine parallele Übertragung hat, ohne deren Nachteile hinsichtlich des komplizierten Systems aufzuweisen.

Beim Einschalten der Kodiereinrichtung erfolgt ein absolutes Einstellen der Position der Kodiereinrichtung innerhalb einer Drehung, worauf nach der Anfangseinstellung bei weiterem Betrieb eine inkrementale Kodierung der Information folgt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch die Hauptbestand­ teile der Kodiereinrichtung,

Fig. 2 die Teilansicht einer Kodierscheibe, die in konzentrischer Anordnung den absoluten und den inkrementalen Doppelkode trägt, und

Fig. 3 die Kodierung der Signale in den drei Phasen A, B und Z der Kodiereinrichtung während der Initialisierung bei stillstehender Maschine und während der nachfolgenden, operativen Phase.

Fig. 1 zeigt schematisch die Hauptbestandteile einer absoluten, optischen Kodiereinrichtung. Auf einer Welle 1 des Wandlers, die in einem Gehäuse 2 (Stator) gelagert ist, ist eine Scheibe 3 (Rotor) aufgezogen, die in mehreren Lesespuren kodiert ist, so daß sie in Verbindung mit einer Lichtquelle 4 (LED) und Phototransistoren 5 einen Kode mit mehreren Bits erzeugt, der durch Parallelübertragung an elektronische Steuerkarten o. dgl. weitergeleitet werden kann, welche mit der Kodiereinrichtung über eine Schnittstelle verbunden sind.

Fig. 2 zeigt einen Teilbereich der optischen Steuerscheibe mit hohem Auflösungsvermögen, die für die Erlangung der oben erläuterten Ziele der Erfindung notwendig ist. In die Scheibe 2 sind sowohl eine absolute als auch eine inkrementale Kodierung eingeprägt, die im Ausführungsbeispiel konzentrisch zueinander angeordnet sind. Statt dessen können auch zwei koaxiale Einzelscheiben vorgesehen sein, von denen jede den erforderlichen Kodierungstyp trägt.

Im Beispiel der Fig. 2 ist die absolute Kodierung aus Gründen der vereinfachten Darstellung mit nur 4 Bits eingezeichnet. Der hierzu konzentrische, inkrementale Kode hat die beiden Phasen A und B, die zueinander um 90° elektrisch phasenverschoben sind (entspricht einem Viertel einer Periode). Jede Phase erzeugt in­ nerhalb eines Winkels entsprechend einem Sektor des absoluten Kodes eine vollständige Periode des inkrementalen Kodes. Daraus ergibt sich, daß gemäß Fig. 3 beim Einschalten ON und während der gesamten Initialisierungsphase Fi, in dem Moment, in dem das mit der Kodiereinrichtung verbundene Steuergerät den absoluten Kode relativ zur Anfangsstellung der gesteuerten Welle "liest", die Auflösung, mit der dieses "Lesen" erfolgt, viermal größer ist als diejenige des absoluten, auf der Scheibe aufgeprägten Kodes.

Die Auflösung, mit der die Kodiereinrichtung dann die Position während der Bewegung (operative Phase Fo) liefert, ist gleich derjenigen des inkrementalen Kodes.

Die Sequenz der Operationen, die auf die Anfangsphase des Ein­ schaltens ON des Gerätes folgen, kann mit Blick auf Fig. 3 wie folgt zusammengefaßt werden:

• - Während des gesamten Zeitintervalls Ta werden nach dem Einschalten ON alle Signale auf Null gesetzt, so daß sich die mit der Kodiereinrichtung verbundene Steuerkarte initialisieren kann; ein typischer Wert für Ta = 0,5 sec;
• - Nach dem Zeitintervall Ta aktiviert das Steuerorgan eine "simulierte" Kodiereinrichtung, die mit der Umschaltung ihres Signals Z (s) von 0 auf 1 (steigende Flanke) den Zähler auf Null setzt, und zwar sowohl in der Steuerkarte als auch im Zähler C der "wirklichen" Kodiereinrichtung;
• - Nach einem Zeitintervall Tr, das notwendig ist und ausreichend sein muß, um mit Sicherheit die Nulleinstellung der Zähler zu gewährleisten (z. B. Tr = 0,1 sec.), erzeugt die simulierte Kodiereinrichtung an den Ausgängen A(s) und B(s) eine Folge von Impulsen simulierter Bewegung, bis ihr innerer Zähler denselben Wert des aktiven absoluten Kodes bis zu diesem Augenblick erreicht (Position 12 in Fig. 3);
• - In diesem Moment wird der Ausgang Z(s) der simulierten Ko­ diereinrichtung von 1 auf Null zurückgesetzt (fallende Flanke von Z(s)), wodurch der Steuerkarte angezeigt wird, daß die Initialisierungsphase Fi abgeschlossen ist und die operative Phase Fo beginnen kann, während der die wirkliche Bewegung des gesteuerten Organs (ON-OP) gemessen wird;
• - Von jetzt an entspricht die inkrementale Zählung aufgrund der von den Phasen A und B der Kodiereinrichtung abgegebenen Impulse genau der absoluten Stellung der Scheibe der Kodiereinrichtung.

Mit diesem System ist es einfach, auch eine absolute Zählung bei mehreren Umdrehungen durchzuführen, sofern die Drehung der Ko­ diereinrichtung bei fehlender Stromversorgung weder im Uhrzeigersinn noch im Gegenuhrzeigersinn nicht größer als eine halbe Umdrehung ist. Da nämlich das Steuerorgan die Zahl der Impulse/Umdrehung der Kodiereinrichtung kennt und beim Abschalten den Zählwert speichert, kann es auf der Grundlage eines geeigneten Algorithmus leicht feststellen, ob der Wert des absoluten Kodes, der ihm beim Einschalten übermittelt wurde, zu dem gespeicherten Wert hinzugezählt oder von diesem abgezogen werden muß.

Aus der obigen Beschreibung ergeben sich die Eigenschaften und Vorteile der Kodiereinrichtung gemäß der Erfindung, insbesondere hinsichtlich der Möglichkeit, Steuerkarten mit derselben Schnittstelle wie für inkrementale Kodiereinrichtungen zu ver­ wenden. Daraus folgen ein geringerer Kostenaufwand und eine einfachere Anwendung der inkrementalen Zählung in beiden Rich­ tungen, die aus sich heraus sehr sicher ist und bei nicht simul­ tanen Störungen auf den beiden Kanälen Selbstkorrektureigen­ schaften hat.

Claims (5)

1. Absolute Kodiereinrichtung mit inkrementaler Kodierung der Informationen, gekennzeichnet durch eine Skalenscheibe (3) mit großem Auflösungsvermögen, die sowohl eine absolute als auch eine inkrementale Kodierung aufweist, wobei die absolute Kodie­ rung für die Initialisierungsphase dient und die Einstellposi­ tion des Zählers meldet, während der inkrementale Kode die Ko­ dierung der Information in der nachfolgenden, operativen Phase angibt.

2. Kodiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Skalenscheibe (3) eine optische Scheibe ist.

3. Kodiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Skalenscheiben (3) vorgesehen sind, von denen eine die inkrementale Kodierung und die andere die absolute Ko­ dierung aufweist.

4. Kodiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Scheiben konzentrisch zueinander angeordnet sind.

5. Kodiereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des mit der Kodier­ einrichtung verbundenen Zählers auf den Wert des absoluten Kodes im Augenblick des Einschaltens erfolgt durch eine Sequenz von Impulsen simulierter Bewegung, die von einer simulierten, inkre­ mentalen Kodiereinrichtung über eine Steuereinrichtung abgegeben werden, welche bei stillstehender Maschine die einzelnen Opera­ tionen überwacht, bevor der Befehl zum Einleiten der operativen Phase erfolgt.