DE19701319C2 - Position measuring device - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a position measuring device according to the Preamble of claim 1.
Eine gattungsgemäße Positionsmeßeinrichtung ist beispielsweise aus der DE 43 35 701 A1 bekannt. Das darin beschriebene induktive Meßsystem umfaßt eine stationäre Primärspule, die über eine Wechselspannung angeregt wird sowie eine ebenfalls stationäre Sekundärspule, die vom angeregten Wechselfeld durchsetzt wird. Drehbeweglich gegenüber den stationären Spulen ist ein Meßkörper angeordnet, der das Wechselfeld in Abhängigkeit seiner Relativstellung beeinflußt. Die zur Anregung des Wechselfeldes und zur Erzeugung der positionsabhängigen Ausgangssignale erforderlichen Elektronik-Bauelemente sind allesamt im Gehäuse des Meßsystems angeordnet.A generic position measuring device is for example from the DE 43 35 701 A1 known. The inductive measuring system described therein includes a stationary primary coil that has an AC voltage is excited as well as a stationary secondary coil, which from excited alternating field is enforced. Rotatable relative to the stationary coils a measuring body is arranged, which the alternating field in Depends on its relative position. The to stimulate the Alternating field and for generating the position-dependent Electronic components required for output signals are all in the Housing of the measuring system arranged.
Aus der EP 0 289 033 B1 ist ferner ein Meßsystem bekannt, bei dem ein oder mehrere Teilungsspuren mit alternierend angeordneten, elektrisch leitfähigen und nicht-leitfähigen Bereichen induktiv abgetastet werden. Das hierzu eingesetzte Abtastelement bzw. die Abtasteinheit umfaßt zu diesem Zweck ein oder mehrere Erregerspulen, die im Bereich der abgetasteten Teilungsspur ein homogenes elektromagnetisches Feld erzeugen. Ab tastseitig sind ferner Sensorwicklungen als Detektorelemente vorgesehen, die ebenfalls im homogenen Feld der Erregerspulen angeordnet sind und zur Erfassung der in den leitfähigen Teilbereichen induzierten elektroma gnetischen Felder dienen. Auf diese Art und Weise wird ein verschiebungs abhängig moduliertes, hochfrequentes Signal erzeugt, das wiederum zur Erfassung der Relativbewegung zwischen der Teilungsspur einerseits und der Abtasteinheit andererseits dient. Hierzu ist eine Signalweiterverarbeitung erforderlich, u. a. eine Demodulation dieses Signales. Bezüglich des Funkti onsprinzips einer derart aufgebauten Positionsmeßeinrichtung sei zudem auf die EP 0 182 085 B1 verwiesen.A measuring system is also known from EP 0 289 033 B1, in which a or several graduation tracks with alternately arranged, electrical conductive and non-conductive areas can be scanned inductively. The the scanning element used for this purpose or the scanning unit includes this Purpose one or more excitation coils that are scanned in the area Create a homogeneous electromagnetic field. From Sensor windings are also provided on the key side as detector elements, which are also arranged in the homogeneous field of the excitation coils and to detect the electroma induced in the conductive sub-areas serve as fields. In this way, there will be a shift modulated, high-frequency signal generated, which in turn for Detection of the relative movement between the division track on the one hand and the scanning unit on the other hand. This is signal processing required u. a. a demodulation of this signal. Regarding the functi The principle of a position measuring device constructed in this way is also refer to EP 0 182 085 B1.
Als vorteilhaft erweist sich bei einem solchermaßen aufgebauten Meßsy stem, daß es deutlich weniger empfindlich gegenüber bestimmten Umge bungseinflüssen ist als beispielsweise optische Meßsysteme. Eine derartige Positionsmeßeinrichtung eignet sich demzufolge etwa zur Erfassung der Drehbewegung einer Antriebswelle.A measuring system constructed in this way proves to be advantageous stem that it is significantly less sensitive to certain vice Influencing is as for example optical measuring systems. Such Position measuring device is therefore suitable, for example, for detecting the Rotational movement of a drive shaft.
Als problematisch erweist sich jedoch, daß sie relativ empfindlich gegenüber externen Störeinflüssen ist, die beispielsweise auf die verwendeten Signal leitungen einwirken. So können bei großen Kabellängen zwischen der Posi tionsmeßeinrichtung und einer nachgeordneten Versorgungs- und/oder Auswerteeinheit die Positionsmeßwerte verfälscht werden.However, it turns out to be problematic that they are relatively sensitive to external interference is, for example, on the signal used act on lines. So with long cable lengths between the Posi tion measuring device and a downstream supply and / or Evaluation unit the position measurement values are falsified.
Aus der EP 0 490 685 B1 ist desweiteren ein rotatorisches Meßsystem be kannt, das nach dem Resolver-Prinzip arbeitet und hierzu entsprechende Erreger- und Detektorwicklungen aufweist. Eine Einrichtung zur Verarbei tung der detektierten Signale ist dabei am statorseitigen Teil des Meßsy stems angeordnet. Die Signalverarbeitung innerhalb dieses Meßsystems erfordert jedoch andere Komponenten als bei der erfindungsgemäßen Posi tionsmeßeinrichtung, da die Signalerzeugung auf einem anderen Prinzip beruht.EP 0 490 685 B1 also describes a rotary measuring system knows that works on the resolver principle and corresponding Has excitation and detector windings. A facility for processing device of the detected signals is on the stator-side part of the measuring system arranged stems. The signal processing within this measuring system however, requires different components than the Posi according to the invention tion measuring device, since the signal generation on a different principle is based.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Positi onsmeßeinrichtung dahingehend weiterzubilden, daß sie möglichst unemp findlich gegenüber externen Störeinflüssen ist, die insbesondere auf die ein gesetzten Verbindungsleitungen zwischen der Positionsmeßeinrichtung und einer nachgeordneten Versorgungs- und/oder Auswerteeinheit einwirken. Darüberhinaus ist auch ein möglichst kompakter Aufbau der gesamten Po sitionsmeßeinrichtung gefordert, um auch bei ggf. beengten Einbauverhält nissen den entsprechenden Meßeinsatz zu ermöglichen.The object of the present invention is a generic positi to further develop onsmeßeinrichtung that they as unemp is sensitive to external interference, particularly on the one set connecting lines between the position measuring device and act on a downstream supply and / or evaluation unit. In addition, the entire buttocks are as compact as possible sition measuring device required, even in the event of a limited installation space to enable the appropriate measuring insert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Positionsmeßeinrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. This object is achieved by a position measuring device with the Features in the characterizing part of claim 1.
Vorteilhafte Möglichkeiten zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Posi tionsmeßeinrichtung ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen.Advantageous options for designing the Posi invention tion measuring device result from the in the dependent claims measures listed.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist nunmehr gewährleistet, daß sowohl die Oszillatorsignale, welche die Erreger-Elemente beaufschla gen als auch die hochfrequent modulierten, über die Sensorwicklungen er faßten Signale nicht mehr aufgrund von einwirkenden Störeinflüssen ver fälscht werden. Dies wird zum einen dadurch erreicht, daß die Erzeugung der Oszillatorsignale unmittelbar auf Seiten der Positionsmeßeinrichtung erfolgt, d. h. die Oszillatorsignale müssen nicht über Zuleitungen zur Positi onsmeßeinrichtung übertragen werden. Zum anderen wird mindestens ein Demodulations-Element unmittelbar in der Positionsmeßeinrichtung ange ordnet, so daß ebenfalls keine Übertragung des von den Sensorwicklungen erfaßten, hochfrequent modulierten Signales über Kabel erforderlich ist. Sowohl das Erregersignal als auch das hochfrequent modulierte Signal der Sensorwicklungen werden demzufolge nicht mehr über Kabelverbindungen der Positionsmeßeinrichtung zugeführt bzw. entnommen sondern unmittel bar in dieser erzeugt bzw. verarbeitet.The measures according to the invention now ensure that both the oscillator signals, which act on the excitation elements as well as the high-frequency modulated over the sensor windings no longer wrote signals due to interfering influences to be faked. This is achieved on the one hand in that the generation of the oscillator signals directly on the part of the position measuring device done, d. H. the oscillator signals do not have to lead to the Positi onsmeßeinrichtung be transmitted. On the other hand, at least one Demodulation element directly in the position measuring device orders, so that also no transmission of the sensor windings detected, high-frequency modulated signals via cable is required. Both the excitation signal and the high-frequency modulated signal of the As a result, sensor windings are no longer connected via cables fed or removed from the position measuring device but immediately generated or processed in this bar.
Insbesondere vorteilhaft erweist sich ferner, wenn mindestens ein Oszillator- Element sowie mindestens ein Demodulations-Element unmittelbar benach bart in einem Gehäuse der Positionsmeßeinrichtung angeordnet werden. Bezüglich der Anordnung dieser Elemente innerhalb der erfindungsgemä ßen Positionsmeßeinrichtung existieren dabei eine Reihe von Möglichkeiten. Beispielsweise können diese in integrierter Form unmittelbar benachbart auf einem Trägerelement der Abtasteinheit angeordnet werden, als diskrete Bauelemente im Gehäuse der Positionsmeßeinrichtung angeordnet werden usw.It also proves to be particularly advantageous if at least one oscillator Element and at least one demodulation element immediately adjacent must be arranged in a housing of the position measuring device. With regard to the arrangement of these elements within the inventive ß position measuring device there are a number of possibilities. For example, these can be directly adjacent in an integrated form a support element of the scanning unit can be arranged as a discrete Components are arranged in the housing of the position measuring device etc.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Positionsmeßeinrichtung sowohl als rotatorisches wie auch als lineares Meßsystem ausgelegt wer den. Zudem ergeben sich vielfältige Varianten, wie innerhalb der erfin dungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung nicht nur eine einzige Inkremen talspur auf diese Art und Weise abgetastet werden kann, sondern in einem entsprechend modifizierten Meßsystem mehrere benachbarte Teilungsspu ren auf diese Art und Weise abgetastet werden können etc..Of course, the position measuring device according to the invention designed as both a rotary and a linear measuring system the. In addition, there are many variations, such as within the inventions position measuring device according to the invention not only a single increment valley track can be scanned in this way, but in one correspondingly modified measuring system several adjacent division Spu can be scanned in this way etc.
Darüber hinaus ergeben sich Möglichkeiten, zusätzliche Bauelemente zur Signalweiterverarbeitung unmittelbar in der erfindungsgemäßen Positions meßeinrichtung anzuordnen, wie beispielsweise Interpolations-Elemente etc..In addition, there are opportunities for additional components Signal processing directly in the position according to the invention Arrange measuring device, such as interpolation elements Etc..
Vorteilhaft erweist sich desweiteren, wenn derartige Bauelemente als Ab gleichelemente ausgebildet sind, die zur Eliminierung verschiedener abtast bedingter Fehler ebenfalls unmittelbar in der Positionsmeßeinrichtung ange ordnet werden können.It also proves advantageous if such components are used as Ab identical elements are formed, which are used to eliminate different scanning Conditional errors are also immediately indicated in the position measuring device can be arranged.
Als weiterer Vorteil ist aufzuführen, daß aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen in der der Positionsmeßeinrichtung nachgeordneten Auswerte einheit die gleichen Auswerteschaltungen genutzt bzw. verwendet werden können, wie sie auch für optische Positionsmeßeinrichtungen eingesetzt werden.Another advantage is that due to the inventive Measures in the evaluation downstream of the position measuring device the same evaluation circuits are used or used can, as they are also used for optical position measuring devices become.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Positions meßeinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.Further advantages and details of the positions according to the invention measuring device result from the following description of Exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
Dabei zeigtIt shows
Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Po sitionsmeßeinrichtung; Fig. 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of the position measuring device according to the invention;
Fig. 2 einen Teil des Verarbeitungskanals einer weite ren, zweiten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Positionsmeßeinrichtung in einer schematisierten Blockschaltbild-Darstellung. Fig. 2 shows part of the processing channel of a wide ren, second embodiment of the position measuring device according to the Invention in a schematic block diagram representation.
Anhand des schematisierten Blockschaltbildes in Fig. 1 sei nachfolgend eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrich tung 1 beschrieben.Based on the schematic block diagram in Fig. 1, a first embodiment of the Positionmeßeinrich device 1 according to the invention will be described below.
In einem angedeuteten Gehäuse 17 der Positionsmeßeinrichtung 1 ist dabei eine stationäre Abtasteinheit 4 angeordnet, mit der ein relativ dazu bewegli cher Teilungsträger 2 zur Erzeugung positionsabhängiger, periodischer Ausgangssignale abgetastet wird. Der Teilungsträger 2 weist in der darge stellten Ausführungsform zwei Teilungsspuren 2.1, 2.2 auf, die aus alternie rend angeordneten, elektrisch-leitfähigen Bereichen 18 sowie nicht-leitfähi gen Bereichen 19 bestehen. Die aus der Abtastung der beiden Teilungsspu ren 2.1, 2.2 resultierenden Signale werden in dieser Ausführungsform in zwei separaten Verarbeitungskanälen weiterverarbeitet und einer Auswerte einheit 16 zugeführt, die z. B. als Steuerung einer Werkzeugmaschine aus gebildet ist. Eine der beiden Teilungsspuren 2.1 dient dabei zur Erzeugung eines Inkrementalsignales, die andere Teilungsspur 2.2 liefert ein Absolutsi gnal bezüglich der Position der beiden beweglichen Elemente.In a suggested housing 17 of the position measuring device 1 , a stationary scanning unit 4 is arranged, with which a relative to this movable division carrier 2 is scanned for generating position-dependent, periodic output signals. The graduation carrier 2 has, in the illustrated embodiment, two graduation tracks 2.1 , 2.2 , which consist of alternately arranged, electrically conductive areas 18 and non-conductive areas 19 . The signals resulting from the scanning of the two division spurs 2.1 , 2.2 are further processed in this embodiment in two separate processing channels and fed to an evaluation unit 16 which, for. B. is formed as a control of a machine tool. One of the two graduation tracks 2.1 is used to generate an incremental signal, the other graduation track 2.2 provides an absolute signal with respect to the position of the two movable elements.
Die erfindungsgemäße Positionsmeßeinrichtung kann alternativ zur darge stellten Ausführungsform auch lediglich mit einem einzigen Verarbeitungs kanal ausgestattet sein, d. h. es könnte grundsätzlich lediglich die Abtastung einer einzigen Inkrementalspur vorgesehen sein; analog können natürlich auch mehr als zwei Verarbeitungskanäle vorgesehen werden.The position measuring device according to the invention can alternatively to Darge presented embodiment with only a single processing channel, d. H. it could basically just be the sampling a single incremental track may be provided; analog can of course more than two processing channels can also be provided.
Selbstverständlich ist die dargestellte Form der abgetasteten Tei lungsstrukturen inclusive Abtasteinheit lediglich beispielhaft zu verstehen, d. h. es sind sowohl rotatorische Ausführungsformen der erfindungsgemä ßen Positionsmeßeinrichtung 1 realisierbar wie auch lineare Meßanordnun gen; über die gewählte Form der Darstellung soll lediglich angedeutet wer den, daß eine Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit 4 und dem Tei lungsträger 2 mit ein oder mehreren Teilungsspuren 2.1, 2.2 vorgesehen ist. Hinsichtlich rotatorischer Ausführungsformen sei in diesem Zusammenhang etwa auf die DE 197 51 853 A1 verwiesen. In dieser Patentanmeldung ist desweiteren auch die konkrete Ausgestaltung eines Ausführungsbeispieles der Abtasteinheit 4 beschrie ben. Of course, the shape of the scanned part structures including the scanning unit is only to be understood as an example, ie both rotary embodiments of the position measuring device 1 according to the invention and linear measuring arrangements can be implemented; About the chosen form of representation is only to indicate who the that a relative movement between the scanning unit 4 and the Tei treatment carrier 2 is provided with one or more graduation marks 2.1 , 2.2 . With regard to rotary embodiments, reference is made in this connection to DE 197 51 853 A1. This patent application also describes the specific embodiment of an exemplary embodiment of the scanning unit 4 .
Bei der Ausführungsform der Positionsmeßeinrichtung 1 gemäß Fig. 1 umfaßt die Abtasteinheit 4 ein Erreger-Element 7, das beispielsweise in Form einer geeignet angeordneten Leiterbahn ausgebildet ist und von ei nem Oszillator-Element 9 mit einem Oszillatorsignal gespeist wird. Das Os zillatorelement kann etwa als geeignet dimensionierter RC-Oszillator ausge bildet sein und liefert ein beispielsweise rechteckförmiges, hochfrequente Oszillatorsignal, das dem Erreger-Element 7 dabei über eine Treiberstufe 8 zugeführt wird. Geeignete Frequenzen des Oszillatorsignales liegen im Be reich 300-800 kHz.In the embodiment of the position measuring device 1 according to FIG. 1, the scanning unit 4 comprises an excitation element 7 , which is designed, for example, in the form of a suitably arranged conductor track and is fed by an oscillator element 9 with an oscillator signal. The Os zillatorelement can be formed approximately as a suitably dimensioned RC oscillator and provides, for example, a rectangular, high-frequency oscillator signal, which is supplied to the exciter element 7 via a driver stage 8 . Suitable frequencies of the oscillator signal are in the range 300-800 kHz.
In der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung 1 ist nunmehr vorgese hen, das Oszillator-Element 9 direkt in der Positionsmeßeinrichtung 1 anzu ordnen, anstelle ein Oszillatorsignal beispielsweise über die Auswerteeinheit 16 von außen zuzuführen, wie dies bei gattungsgemäßen Positionsmeßein richtungen bislang der Fall war. Auf diese Art und Weise können Störein flüsse auf das Oszillatorsignal, das über Kabel der Positionsmeßeinrichtung zugeführt werden müßte, vermieden werden. Die erforderlichen Verbindun gen zwischen dem Oszillator-Element 9 und den Erreger-Elementen 7 kön nen relativ kurz ausgebildet werden, sind im Gehäuse der Positionsmeßein richtung angeordnet und demzufolge deutlich weniger anfällig für eventuelle externe Störeinflüsse.In the position measuring device 1 according to the invention, it is now provided that the oscillator element 9 is arranged directly in the position measuring device 1 , instead of supplying an oscillator signal, for example via the evaluation unit 16, from the outside, as was previously the case with generic position measuring devices. In this way, interference on the oscillator signal, which would have to be supplied via cable to the position measuring device, can be avoided. The required connections between the oscillator element 9 and the excitation elements 7 can be made relatively short, are arranged in the housing of the position measuring device and are consequently much less susceptible to possible external interference.
Vorzugsweise ist das Oszillator-Element 9 sowie die entsprechende Trei berstufe 8 unmittelbar im Gehäuse 17 der Positionsmeßeinrichtung 1 ange ordnet. Hierbei existieren verschiedene Möglichkeiten, wie ein derartiges Oszillator-Element 9 im Gehäuse 17 angeordnet werden kann. Beispiels weise ist neben der Anordnung eines als diskretes Bauteil ausgebildeten Oszillator-Elementes 9 auch die Integration des Oszillator-Elementes 9 auf einem Trägerelement 3 der Abtasteinheit 4 möglich, was in Fig. 1 schema tisch angedeutet ist. Die Abtasteinheit 4 kann in einer derartigen Ausfüh rungsform demzufolge in Form einer Leiterplatte ausgebildet werden, die neben den zur Signalerzeugung unmittelbar erforderlichen Elementen u. a. auch das Oszillator-Element 9 und ggf. weitere Bauelemente 14 enthält.Preferably, the oscillator element 9 and the corresponding driver stage 8 is arranged directly in the housing 17 of the position measuring device 1 . There are various ways in which such an oscillator element 9 can be arranged in the housing 17 . For example, in addition to the arrangement of an oscillator element 9 designed as a discrete component, the integration of the oscillator element 9 on a carrier element 3 of the scanning unit 4 is also possible, which is indicated schematically in FIG. 1. In such an embodiment, the scanning unit 4 can accordingly be designed in the form of a printed circuit board which, in addition to the elements required directly for signal generation, also contains, among other things, the oscillator element 9 and possibly further components 14 .
Desweiteren sind auf Seiten der Abtasteinheit 4 eine Reihe von Sensor wicklungen 5.1, 6.1, 5.2, 6.2 angeordnet, die zur Detektion der in den leitfä higen Teilungsbereichen 18 erzeugten elektromagnetischen Felder dienen. Hierbei ist vorgesehen durch eine entsprechende Relativanordnung der ver schiedenen Sensorwicklungen 5.1, 6.1, 5.2, 6.2 pro abgetasteter Teilungs spur 2.1, 2.2 ausgangsseitig jeweils zwei hochfrequent modulierte Signale zu erzeugen, die um 90° phasenversetzt zueinander sind. Die Einhüllende dieser Signale stellt dabei das Abtastsignal dar, welches zur Positionsbe stimmung herangezogen wird. Bezüglich der Ausgestaltungsmöglichkeiten der Sensorwicklungen 5.1, 6.1, 5.2, 6.2 sei ebenfalls auf die DE 197 51 853 A1 verwiesen.Furthermore, a number of sensor windings 5.1 , 6.1 , 5.2 , 6.2 are arranged on the side of the scanning unit 4 , which serve for the detection of the electromagnetic fields generated in the conductive division areas 18 . It is provided by a corresponding relative arrangement of the different sensor windings 5.1 , 6.1 , 5.2 , 6.2 per scanned division track 2.1 , 2.2 on the output side to generate two high-frequency modulated signals which are 90 ° out of phase with one another. The envelope of these signals represents the scanning signal, which is used to determine the position. With regard to the design options for the sensor windings 5.1 , 6.1 , 5.2 , 6.2 , reference is also made to DE 197 51 853 A1.
Die bei einer Relativbewegung von Teilungsträger 2 und Abtasteinheit 4 er zeugten, hochfrequent modulierten Signale werden in den beiden Verarbei tungskanälen jeweils über zwischengeschaltete Verstärker-Elemente 10.1, 10.2 den Demodulations-Elementen 11.1, 11.2 zugeführt, über die eine De modulation dieser Signale erfolgt. An Referenzeingängen 12.1, 12.2 der Demodulations-Elemente 11.1, 11.2 liegt zudem das Oszillatorsignal als Referenzsignal an. Hinsichtlich der resultierenden Signalformen, die über die Sensorwicklungen erzeugt werden und nach der Demodulation vorlie gen, sei an dieser Stelle auf die bereits erwähnte EP 0 182 085 B1 verwie sen.The generated with a relative movement of graduation carrier 2 and scanning unit 4 , high-frequency modulated signals are supplied to the demodulation elements 11.1 , 11.2 in each of the two processing channels via intermediate amplifier elements 10.1 , 10.2 , via which a de-modulation of these signals takes place. The oscillator signal is also present as a reference signal at reference inputs 12.1 , 12.2 of the demodulation elements 11.1 , 11.2 . With regard to the resulting signal forms, which are generated via the sensor windings and are present after demodulation, reference is made here to EP 0 182 085 B1 already mentioned.
Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, die Demodu lations-Elemente 11.1, 11.2 ebenfalls auf Seiten der Positionsmeßeinrich tung 1 bzw. in der Positionsmeßeinrichtung 1 vorzusehen, anstelle diese Signale über Kabel zur Auswerteeinheit 16 zu übertragen und diese erst dort zu demodulieren. So ist es möglich, die Demodulations-Elemente 11.1, 11.2 beispielsweise ebenfalls im Gehäuse 1 der Positionsmeßeinrichtung 1 an zuordnen. Daneben existieren hinsichtlich der Anordnungsmöglichkeiten für die Demodulations-Elemente 11.1, 11.2 die gleichen Möglichkeiten wie im Fall des Oszillator-Elementes 9. So können die Demodulations-Elemente 11.1, 11.2 als diskrete Bauelemente im Gehäuse 17 angeordnet werden, auf dem Trägerelement 3 der Abtasteinheit 4 integriert ausgeführt werden usw.. Vorzugsweise sind die Demodulations-Elemente 11.1, 11.2 unmittelbar be nachbart in der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung 1 angeordnet, beispielsweise benachbart auf dem Trägerelement 3 der Abtasteinheit 4 oder aber als benachbart angeordnete Bauelemente im Gehäuse 17 usw.According to the invention it is provided in this connection that the demodu lation elements 11.1 , 11.2 also on the part of the Positionsmeßeinrich device 1 or in the position measuring device 1 instead of transmitting these signals via cable to the evaluation unit 16 and demodulating them there only. It is thus possible to assign the demodulation elements 11.1 , 11.2, for example, likewise in the housing 1 to the position measuring device 1 . In addition, with regard to the arrangement options for the demodulation elements 11.1 , 11.2, there are the same options as in the case of the oscillator element 9 . Thus, the demodulation elements 11.1 , 11.2 can be arranged as discrete components in the housing 17 , integrated on the carrier element 3 of the scanning unit 4 , etc. Preferably, the demodulation elements 11.1 , 11.2 are arranged immediately adjacent to the position measuring device 1 according to the invention, for example adjacent to the carrier element 3 of the scanning unit 4 or as adjacent components in the housing 17 etc.
Den Demodulations-Elementen 11.1, 11.2 sind in den beiden Verarbei tungskanälen jeweils weitere Verstärker-Elemente 13.1, 13.2 nachgeordnet, die die demodulierten Signale nochmals verstärken, bevor diese über die Verbindungsleitungen 15.1, 15.2 zur Auswerteeinheit 16 übertragen werden. Auch die Verstärker-Elemente 13.1, 13.1 sind in der erfindungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung 1 angeordnet, beispielsweise ebenfalls in inte grierter Form auf dem Trägerelement 3 der Abtasteinheit 4.The demodulation elements 11.1 , 11.2 in the two processing channels are each followed by further amplifier elements 13.1 , 13.2 which amplify the demodulated signals again before they are transmitted to the evaluation unit 16 via the connecting lines 15.1 , 15.2 . The amplifier elements 13.1 , 13.1 are arranged in the position measuring device 1 according to the invention, for example also in an integrated form on the carrier element 3 of the scanning unit 4 .
In Fig. 1 ist desweiteren schematisch angedeutet, daß auf Seiten der Posi tionsmeßeinrichtung 1 desweiteren Bauelemente 14 zur Signal-Weiterverar beitung angeordnet werden können, mit denen die demodulierten und ver stärkten Signale verarbeitbar sind. Hierbei kann es sich etwa um Interpolati ons-Elemente handeln, die eine weitere, elektronische Unterteilung der Si gnalperiode zur Erhöhung der Meßauflösung ermöglichen. Ferner ist es möglich Bauelemente 14 auf Seiten der Positionsmeßeinrichtung anzuord nen, die die üblicherweise sinusförmigen Ausgangssignale bereits in digitali sierte Ausgangssignale umwandeln, die dann an die Auswerteeinheit über tragen werden. Desweiteren können prinzipiell Abgleich-Elemente als Bau elemente 14 eingesetzt werden, die zur Korrektur abtastbedingter Fehler dienen etc. Auch diese Bauelemente 14 können z. B. in integrierter Form auf dem Trägerelement 3 der Abtasteinheit 4 angeordnet werden.In Fig. 1 is also indicated schematically that on the Posi tion measuring device 1 further components 14 for signal processing further processing can be arranged with which the demodulated and amplified signals can be processed. This can be about interpolation elements that allow a further electronic subdivision of the signal period to increase the measurement resolution. Furthermore, it is possible to arrange components 14 on the part of the position measuring device which convert the usually sinusoidal output signals into digitalized output signals which will then be transmitted to the evaluation unit. Furthermore, in principle, adjustment elements can be used as construction elements 14 , which are used to correct errors caused by scanning, etc. These construction elements 14 can also be used, for. B. can be arranged in an integrated form on the carrier element 3 of the scanning unit 4 .
Ein Teil einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positions meßeinrichtung, in der in einem Verarbeitungskanal derartige Abgleichele mente angeordnet sind, ist in Fig. 2 schematisiert dargestellt.A part of a second embodiment of the position measuring device according to the invention, in which such alignment elements are arranged in a processing channel, is shown schematically in FIG. 2.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liegen im Verarbeitungs kanal insgesamt vier Teilsignale +0°, -0°, +90°, -90° eingangsseitig an, die über geeignet ausgebildete Sensorwicklungen bei der Abtastung der Tei lungsstruktur erzeugt werden. Es liegen demzufolge zwei Gegentakt-Teilsi gnalpaare vor, die einen Phasenversatz von 90° zueinander aufweisen. Die beiden Gegentakt-Teilsignale eines Paares haben einen Phasenversatz von 180°. Bezüglich der Ausgestaltung der Abtasteinheit bzw. der Sensorwick lungen sei auf die DE 197 51 853 A1 verwiesen. Über ein Verstärker-Element 20.1 gelangen die Teilsignale +0°, -0°, +90°, -90° auf das Demodulations-Element 21.1, an dessen Referenzeingängen 22.1, 22.2 wiederum jeweils das Oszillatorsignal des Oszillator-Elementes 29 als Referenzsignal anliegt. Selbstverständlich ist die Darstellung in Fig. 2 lediglich beispielhaft zu verstehen, d. h. es können etwa für jedes der Teil signale +0°, -0°, +90°, -90° auch separate Demodulations-Elemente vorge sehen werden. Dem Demodulations-Element 21.1 ist erneut ein weiteres Verstärker-Element 23.1 nachgeordnet, das die demodulierten Signale ge eignet verstärkt, bevor diese an die nachgeordnete, nicht dargestellte, Aus werteeinheit übertragen werden.In the embodiment shown in Fig. 2 are in the processing channel a total of four partial signals + 0 °, -0 °, + 90 °, -90 ° on the input side, which are generated via suitably designed sensor windings when scanning the Tei distribution structure. There are therefore two push-pull Teilsi signal pairs, which have a phase offset of 90 ° to each other. The two push-pull partial signals of a pair have a phase shift of 180 °. Regarding the configuration of the scanning unit or the sensor windings, reference is made to DE 197 51 853 A1. Via an amplifier element 20.1 , the partial signals + 0 °, -0 °, + 90 °, -90 ° reach the demodulation element 21.1 , at the reference inputs 22.1 , 22.2 of which the oscillator signal of the oscillator element 29 is in each case present as a reference signal. Of course, the illustration in FIG. 2 is to be understood only as an example, ie signals for each of the part signals + 0 °, -0 °, + 90 °, -90 ° can also be seen separately as demodulation elements. The demodulation element 21.1 is again followed by a further amplifier element 23.1 , which suitably amplifies the demodulated signals before they are transmitted to the downstream evaluation unit (not shown).
In diesem Verarbeitungskanal der erfindungsgemäßen Positionsmeßein richtung sind desweiteren wie bereits angedeutet Abgleich-Elemente O1, O2, P und A angeordnet, die zur Korrektur verschiedener abtastbedingter Signalfehler dienen. Derartige Signalfehler können sich beispielsweise auf grund von nicht-idealen Teilungsstrukturen, Sensorwicklungen etc. ergeben. So ist es möglich, über die beiden Abgleich-Elemente O1, O2 den Gleich spannungsanteil bzw. Offset in den Teilsignalen zu verändern, falls dies er forderlich ist. Über das Abgleich-Element P können die oben erwähnten, idealen Phasenbeziehungen zwischen den Teilsignalen bzw. den Teilsignal paaren definiert eingestellt werden. Das Abgleich-Element A wiederum er möglicht die definierte Veränderung der Signalamplituden in den Teilsigna len, so daß gewährleistet ist, daß die um 90° phasenversetzten Ausgangs signale möglichst die gleiche Amplitude aufweisen. In einer möglichen Aus führungsform sind die verschiedenen Abgleichelemente O1, O2, P und A als verstellbare Potentiometer ausgebildet.In this processing channel the position measurement according to the invention direction are furthermore, as already indicated, adjustment elements O1, O2, P and A arranged to correct various scanning-related Serve signal errors. Such signal errors can occur, for example due to non-ideal division structures, sensor windings etc. So it is possible to use the two adjustment elements O1, O2 the same to change the voltage component or offset in the partial signals if this is the case is required. The above-mentioned, ideal phase relationships between the partial signals and the partial signal pair defined. The comparison element A in turn he enables the defined change of the signal amplitudes in the partial signals len, so that it is ensured that the 90 ° phase-shifted output signals have the same amplitude if possible. In a possible out The different alignment elements O1, O2, P and A are in the form of a guide adjustable potentiometer.
Der Abgleich der verschiedenen Fehler über die angedeuteten Abgleichele mente kann hierbei nach der Montage der Positionsmeßeinrichtung erfol gen. Desweiteren ist es aber auch möglich einen entsprechenden Abgleich während der Positionsmessung automatisiert vorzunehmen etc..The comparison of the various errors via the indicated comparison elements elements can be done after installing the position measuring device Furthermore, it is also possible to carry out a corresponding comparison automated during position measurement etc.
Wie bereits oben angedeutet können auch diese Ableich-Elemente O1, O2, A und P ebenso wie andere Bauelemente zur Signal-Weiterverarbeitung beispielsweise in integrierter Form unmittelbar auf einem Trägerelement der Abtasteinheit auf Seiten der Positionsmeßeinrichtung angeordnet werden.As already indicated above, these adjustment elements O1, O2, A and P as well as other components for signal processing for example in an integrated form directly on a carrier element Scanning unit can be arranged on the side of the position measuring device.
Insgesamt resultiert aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Positionsmeßeinrichtung, die eine geringe Anfälligkeit gegenüber Störein flüssen aufweist, welche das Erreger- bzw. Oszillatorsignal als auch die zur Auswerteeinheit übertragenen Ausgangssignale verfälschen könnten. Dies wird ermöglicht, indem sowohl das Erregersignal in der Positionsmeßein richtung erzeugt wird als auch die Verarbeitung der erfaßten Signale, insbe sondere deren Demodulation in der Positionsmeßeinrichtung erfolgt.Overall, one results from the measures according to the invention Position measuring device that has a low susceptibility to interference flows, which the excitation or oscillator signal as well as Evaluation unit could falsify output signals transmitted. This is made possible by both the excitation signal being in the position measurement direction is generated as well as the processing of the detected signals, esp especially their demodulation takes place in the position measuring device.
Claims (9)
daß in der Positionsmeßeinrichtung dem mindestens einem Demodulations-Element (11.1, 11.2, 21.1) ferner Abgleich-Elemente (O1, O2, A, P) nachgeordnet sind, die zur definierten Einstellung eines Signal-Offsets, zur Einstellung der Phasenbeziehung mindestens zweier periodischer Teilsignale sowie zur Einstellung der Amplitude mindestens eines Teilsignales dienen und
daß mehrere Teilungsspuren in der Positionsmeßeinrichtung angeordnet sind, worunter mindestens eine erste Teilungsspur ist, die eine inkrementale Positionsinformation liefert sowie mindestens eine zweite Teilungsspur, die eine absolute Positionsinformation liefert.1. Position measuring device with a graduation carrier with at least one graduation track with alternately arranged electrically conductive and non-conductive graduation areas and a scanning unit for inductive scanning of the graduation track, the scanning unit comprising one or more excitation elements and sensor windings, the excitation elements are fed by at least one oscillator element and the signals detected by the sensor windings are converted into position-dependent, periodic output signals via one or more demodulation elements, both the at least one oscillator element ( 9 ; 29 ) and the at least one demodulation - Element ( 11.1 , 11.2 , 21.1 ) are arranged directly in the position measuring device ( 1 ), characterized in that
that in the position measuring device the at least one demodulation element ( 11.1 , 11.2 , 21.1 ) is further followed by adjustment elements (O1, O2, A, P) for the defined setting of a signal offset, for setting the phase relationship of at least two periodic partial signals as well as for adjusting the amplitude of at least one partial signal and
that a plurality of graduation tracks are arranged in the position measuring device, including at least a first graduation track which provides incremental position information and at least a second graduation track which provides absolute position information.
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