DE19643538A1

DE19643538A1 - Vorrichtung zur Längenmessung

Info

Publication number: DE19643538A1
Application number: DE1996143538
Authority: DE
Inventors: Ralph Dipl Ing Staretschek
Original assignee: WANDRES SIKO
Current assignee: WANDRES SIKO
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-04-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Längenmessung mit einem Element, das eine Weginformation beinhaltet.

Vorrichtungen zur Längenmessung sind in vielfältiger Form und Ausführung bekannt. Bei der vorliegenden Erfindungen geht es vor allem um sehr genau arbeitende, zumindest teilweise gesteuerte elektronische Längenmeßvorrichtungen, wobei hier bspw. inkremental auswertende magnetische Längenmeßsysteme bekannt sind. Zu erwähnen ist auch die bekannte Arcustangensauswertung mit Mikrokontrollern.

Alle diese höherwertigen Längenmeßvorrichtungen haben den Nachteil, daß sie den Wert nicht absolut erfassen. Stehen sie bspw. nicht unter Spannung, werden sie verstellt, so daß sie bei Beginn einer Messung erst wieder auf Null gestellt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der oben genannten Art zu entwickeln, mit der ein absolute Längenmessung möglich ist und zwar bezüglich Weg und Winkel.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Weginformation auf dem Element kodiert und dem Element ein Sensor zur Erfassung der Weginformation zugeordnet ist.

Die Weginformation auf dem Element soll dabei absolut sein, d. h., der Sensor erfaßt ohne Bezug auf andere Parameter die genaue Position. Der Sensor wird mit einem definierten Abstand über das kodierte Band bewegt. Er dedektiert die darauf kodierten Positionsinformation und gibt die Daten bevorzugt an eine elektronische Auswerteeinheit weiter. Der Vorteil des absolut messenden Systems ist, daß der Sensor auch in stromlosem Zustand bewegt werden kann, ohne daß die Weginformation verloren geht. Nach einem Wiederein schalten des Systems steht die aktuelle Weginformation sofort zur Verfügung.

Bewirkt wird das ganze durch die Kodierung, die bevorzugt magnetisch erfolgt und aus zumindest zwei Kodespuren be steht. Beide Kodespuren sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet, wobei eine Kodespur als Singleturnspur (ST- Spur) und die andere Kodespur als Multiturnspur (MT-Spur) ausgebildet ist. Singleturnspur bedeutet, daß die Kodespur abwechselnd mit Nord- und Südpolen magnetisiert ist. Diese Kodespur dient der Feinerfassung der Längenmessung. Die Groberfassung erfolgt jedoch durch die Multiturnspur, durch die festgestellt wird, in welchem Feld der Singleturnspur sich der Sensor bzw. die entsprechenden Abtaster des Sensors befinden. Hierzu ist die MT-Kodespur mit einem zyklisch sequentiellen Kode magnetisiert, der diese grobe Positionsangabe übermittelt.

Für die Singleturnspur genügen zwei Abtaster, deren Ausgangssignale zwei um 90° zueinander versetzte Sinus signale sind. Für die MT-Kodespur sind dagegen eine Mehrzahl von Abtaster vorgesehen, die der Anzahl der Bitbreite entspricht. Bevorzugt werden jedoch sogar die doppelte Anzahl der Bitbreite an Abtaster verwendet, so daß die Multiturnspur zweifach abgetastet wird, wodurch der aktive Abtasterblock immer sicher innerhalb einer Pol teilung sitzt.

Mit Hilfe der Auswerteeinheit werden die Signale, die der Sensor liefert, zunächst aufbereitet (Analogverstärker, Filter usw.). Die aufbereiteten Signale können digitali siert (Komparator, A/D-Wandler) und mit Hilfe eines Mikrokontrollers zu Weginformationen verarbeitet bzw. verrechnet werden. Diese Informationen können dann in einem Display zur Anzeige gebracht werden oder auf andere Weise (z. B. parallel, seriell) an eine übergeordnete Station (Steuerung usw.) weitergegeben werden. Der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Längenmessung ist unbegrenzt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Längenmessung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Teil eines Elementes, das eine Weginformation beinhaltet;

Fig. 4 eine Draufsicht auf Anordnungen von Abtaster an ein Sensor.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Längenmessung weist gemäß Fig. 1 ein Element 1 auf, dem ein Sensor 2 zugeordnet ist, der entlang dem Element 1 bewegt werden kann. Der Sensor 2 ist über eine Leitung 3 mit einer Auswerteeinheit 4 verbunden, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Display 5 zum Anzeigen der Längenmessung aufweist.

In Fig. 2 ist erkennbar, daß das Element 1, welches die Weginformation beinhaltet, im Ausführungsbeispiel band förmig ausgebildet ist. Es besteht im wesentlichen aus einem Magnetband 6, welches über ein Klebeband 7 auf eine Oberfläche 8 aufgeklebt wird. Auf das Magnetband 6 wird dann ein weiteres Klebeband 9 aufgebracht und auf dieses ein Abdeckband 10. Das Element 1 könnte aber auch schienenförmig od. dgl. ausgebildet sein.

Der Sensor 2 kann in Richtung des Doppelpfeiles 11 über das Element 1 bewegt werden, wobei die Abtastung des Elementes 1 berührungslos erfolgt, da zwischen dem Sensor 2 und dem Magnetband 6 bzw. dem Abdeckband 10 ein Luftspalt 12 gebildet ist.

Das Element 1 weist zwei Kodespuren 13 und 14 auf, wobei die Kodespur 13 als Multiturnspur (MT-Spur) und die Kodespur 14 als Singleturnspur (ST-Spur) bezeichnet wird. Beide Kodespuren 13 und 14 sind parallel zueinander angeordnet. Die ST-Spur 14 ist abwechselnd mit magnetischen Nord- und südpolen magnetisiert. Sie besitzt eine Polteilung P. Auch die MT-Spur 13 besitzt eine Polteilung P, welche die gleiche ist wie diejenige der ST-Spur. Allerdings ist die MT-Spur mit einem sogenannten "zyklisch sequentiellen Kode" (siehe "Technisches Messen" tm 9/94 S. 343) einer Bitbreite N kodiert, wobei z. B. die "logische Eins" dem Nordpol und die "logische Null" dem Südpol zugeordnet wird. Die Meßlänge des Systems beträgt somit

ML = (2^N)×P

In Fig. 4 sind von dem Sensor 2 Abtaster 15 punktförmig dargestellt. Außerdem ist die Darstellung gegenüber dem Element 1 aus Fig. 3 vergrößert, wie aus dem Vergleich der Polteilung P ersichtlich ist.

Die Abtaster 15 sind in Reihen entsprechend den Kodespuren 13 und 14 angeordnet. Dabei wird die ST-Kodespur 14 von zwei magnetoresistiven Abtastern in einem Abstand von P/4 eingelesen. Die Ausgangssignale sind zwei um 90° zueinander versetzte Sinussignale. Bei Gleichheit der Amplituden und Offsetwerte der elektrischen Signale läßt sich daraus mit einer Arcustangensberechnung ein Winkelwert finden, der das Maß innerhalb einer Polteilung P eindeutig und absolut bestimmt. Hierdurch erfolgt eine Feinbestimmung der Längen messung.

Mit der MT-Spur wird die grobe Position festgestellt, d. h., in welchem der ST-Spur-Felder sich die entsprechenden Abtaster befinden. Dazu wird der oben erwähnte sequentielle Kode mit N Abtaster (bevorzugt Hallelemente), die einen Abstand P besitzen, abgetastet. Da die Grenzen zwischen den Nord- und Südpolen nicht unbedingt äquidistant sind, kann es im Übergangsbereich zwischen den Polteilungen zu nicht eindeutigen Kodes kommen. Deshalb wird bevorzugt die MT- Spur 13 zweifach abgetastet. D. h., es werden 2×N Abtaster im Abstand P/2 benutzt. Auf diese Weise kann zwischen zwei Abtastblöcken umgeschaltet werden, so daß der aktive Abtasterblock immer sicher innerhalb einer Polteilung P sitzt.

Bezugszeichenliste

1

Element

2

Sensor

3

Leitung

4

Auswerteeinheit

5

Display

6

Magnetband

7

Klebeband

8

Oberfläche

9

Klebeband

10

Abdeckband

11

Doppelpfeil

12

Luftspalt

13

MT-Kodespur

14

ST-Kodespur

15

Abtaster
P Polteilung
N Bitbreite
ML Meßlänge
B Gesamtbreite des Elements

1

Claims

1. Vorrichtung zur Längenmessung mit einem Element (1), das eine Weginformation beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Weginformation auf dem Element (1) kodiert und dem Element (1) ein Sensor (2) zur Erfassung der Weginformation zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierung magnetisch erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein Band ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) mit einer Auswerteeinheit (4) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Element (1) zumindest zwei Kodespuren (13, 14) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodespuren (13, 14) parallel zueinander verlaufen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine ST-Kodespur (14) abwechselnd mit Nord- und Südpolen magnetisiert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine MT-Kodespur (13) mit einem zyklisch sequentiellen Kode magnetisiert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) Abtaster (15) für jede Kodespur (13, 14) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die ST-Kodespur (14) zwei Abtaster (15) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die MT-Kodespur (13) eine Anzahl von Abtastern (15) vorgesehen ist, die der doppelten Bitbreite (N) entspricht.