DE19945167A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren des Ursprungs einer Messung - Google Patents

Abstract

Eine Interpolationsschaltung erzeugt Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB aus Zweiphasen-sinuswellenförmigen Ausgaben PHIA und PHIB, die von einem photoelektrischen Kodierer geliefert werden. Ein Torsignalgenerator teilt ein primäres Ursprungssignal PHIZ, welches von dem photoelektrischen Kodierer mit einem vorbestimmten Referenzpegel VRef geliefert wurde, um ein Torsignal Z zu erzeugen. Ein erster Zähler beginnt, Positionsimpulse, die aus den Zweiphasen-Rechteckwellensignalen PA und PB erzeugt wurden, zu zählen, wenn das Torsignal Z aktiv wird. Ein Zählwert des ersten Zählers wird durch zwei geteilt, wenn das Torsignal Z nicht aktiv wird und der geteilte Wert wird in einem zweiten Zähler voreingestellt. Der zweite Zähler zählt die Positionsimpulse, die aus den Zweiphasen-Rechteckwellensignalen PA und PB erzeugt wurden. Ein Komparator liefert ein Ausgabe-Ursprungssignal PZ, wenn ein Zählwert des zweiten Zählers einen vorbestimmten Offset-Wert N erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messungsursprungs- Detektionsverfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Referenzpositi­ on in einer Positions-Detektionseinrichtung wie z. B. einen optischen linearen Ko­ dierer und insbesondere auf ein Ursprungs-Detektionsverfahren und eine Vor­ richtung, welche für einen einfachen und kompakten Kodierer geeignet anwend­ bar sind.

Ein herkömmlicher Kontakt- und Transmissionstyp-Kodierer kann einen schma­ len Spalt in einem Detektionsabschnitt ohne Veränderungen unter Benutzung ei­ ner Spalthaltevorrichtung eines Kontakttyps aufrechterhalten. Deshalb kann ein Ursprungs-Detektionssystem, das zufällig gemusterte Ursprungsmarkierungen mit einer feinen Grundunterteilung oder einer hohen Ortsfrequenz auf Skalen bildet, in einem derartigen Kodierer verwendet werden. Fig. 8A ist ein Diagramm einer Wellenform, das ein primäres Ursprungssignal und ein Ausgabe-Ursprungssignal zeigt, welches aus einem derartigen zufälligen Muster erhalten wurde. Das primä­ re Ursprungssignal weist einen scharfen Peak auf, wenn das zufällige Muster be­ nutzt wird, und ein scharfes Ausgabe-Ursprungssignal kann durch Unterteilen des primären Ursprungssignals mit einem vorbestimmten Referenzpegel erhalten werden. Somit kann entsprechend eine ursprüngliche Position mit einer relativ höheren Reproduzierbarkeit erkannt werden.

Ein Kodierer des kontaktlosen und Reflexionstyps ist andererseits erforderlich, um einen großen Spalt und eine zulässige Abweichungstoleranz davon in einem Detektionsabschnitt zu setzen, um einen kontaktlosen Zustand aufrecht zu erhal­ ten. Und es ist schwierig, einen Ursprung unter Benutzung eines derartigen zu­ fälligen Musters mit einer feinen Grundunterteilung wie der des Kontakt- Transmissionstyps zu erkennen. Daher wird oft ein Grobspaltmuster wie in Fig. 8B gezeigt verwendet.

Ein primäres Ursprungssignal, das in Fig. 8B gezeigt ist, hat am Rand einen schwachen Gradienten. Daher kann durch ein Verfahren zum Erhalten eines Aus­ gabe-Ursprungssignals durch Unterteilen der Wellenform des primären Ur­ sprungssignals, welches aus dem Grobspaltmuster erhalten wird, mit einem Refe­ renzpegel die Position des Randes des Ausgabe-Ursprungssignals wegen einer Temperaturverschiebung und dergleichen variiert werden. Je schwächer der Gra­ dient des primären Ursprungssignals ist, desto größer ist eine derartige Abwei­ chung. Die Abweichungsrate kann bis auf das 10- bis 30-fache von der in dem Fall anwachsen, daß das zufällige Muster des Kontakt- und Transmissionstyps benutzt wird. Wenn das Ausgabe-Ursprungssignal so benutzt wird wie es ist, kann die Positionsreproduzierbarkeit nachteilig relativ zum zufälligen Mustersy­ stem um eine Größenordnung erniedrigt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde mit Rücksicht auf derartige Probleme gemacht und hat das Ziel, ein Ursprungs-Detektionssystem zu schaffen, weiches in der Lage ist, eine herausragendere Reproduzierbarkeit als ein herkömmliches Rand­ detektions-Ursprungsdetektionssystem zu erzielen, während die Struktur eines einfachen und kompakten Detektionsabschnitts beibehalten wird.

Die vorliegende Erfindung ist mit einer Ursprungs-Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer ursprünglichen Position ausgestattet, die als eine Referenz zum Messen einer relativen Position einer Indexskala zur Hauptskala dient. Die Vor­ richtung umfaßt eine Positions-Detektionsvorrichtung zum Liefern eines Positi­ ons-Detektionssignals in Übereinstimmung mit einer Veränderung der relativen Position der Indexskala zur Hauptskala. Die Positions-Detektionsvorrichtung liefert auch ein primäres Ursprungssignal, welches einen variablen Pegel in Über­ einstimmung mit dem Grad eines Überlapps ursprünglicher Detektionsmuster aufweist, die jeweils auf den Haupt- und Indexskalen gebildet wurden. Die Vor­ richtung weist auch eine Torsignal-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Torsignals durch Unterteilen des primären Ursprungssignals mit einem vorbe­ stimmten Referenzpegel auf. Die Vorrichtung umfaßt des weiteren eine Position­ simpuls-Zählschaltung zum Beginnen des Zählens von Positionsimpulsen, die aus den Positions-Detektionssignalen abgeleitet werden, wenn das Torsignal, das von der Torsignal-Erzeugungsschaltung erzeugt wurde, aktiv wird, und zum Teilen eines Zählwerts durch zwei, wenn das Torsignal nicht aktiv wird. Ein Zählwert, der von der Positionsimpuls-Zählschaltung erhalten wurde, nachdem er durch zwei bei der Positionsimpuls-Zählschaltung geteilt wurde, gibt eine Referenz für die Ursprungsdetektion.

Die vorliegende Erfindung ist auch mit einem Ursprungs-Detektionsverfahren zum Detektieren einer Ursprungsposition ausgestattet, die als eine Referenz für eine Positionsmessung durch eine Positions-Detektionseinrichtung dient. Das Verfahren umfaßt den Schritt des Überwachens eines Positionsimpulses, der von einem Positions-Detektionssignal aus der Positions-Detektionseinrichtung erzeugt wurde, und eines Torsignals, welches durch Binarisieren eines primären Ur­ sprungssignals mit einem vorbestimmten Referenzpegel erhalten wurde, und das Beginnen die Positionsimpulse zu zählen, nachdem das Torsignal aktiv wird. Das Verfahren umfaßt auch den Schritt des Teilens eines Zählwertes durch zwei, wenn das Torsignal nicht aktiv wird. Das Verfahren umfaßt des weiteren den Schritt des Lieferns eines Ausgabe-Ursprungssignals, wenn ein Zählwert, nachdem er durch zwei geteilt wurde, einen vorbestimmten Offset-Wert erreicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Positionsimpulse gezählt, während das Torsignal, das durch Binärisieren des primären Ursprungssignals mit dem vorbestimmten Referenzpegel erhalten wurde, aktiv bleibt. Dann wird der Zähl­ wert durch zwei geteilt, wenn die Länge des Torsignals vollkommen gezählt wur­ de. Somit kann ein Zählwert erhalten werden, der am richtigen Mittelpunkt zwi­ schen dem Anstieg (oder Abfall) und Abfall (oder Anstieg) des Torsignals be­ ginnt. Wenn das primäre Ursprungssignal langsam variiert, können Positionen von Rändern, die durch Binärisieren des Signals erhalten wurden, im allgemeinen wegen der Temperaturdrifts und dergleichen stark variieren, während der Mittel­ punkt zwischen den Rändern, d. h. die Peakposition des primären Ursprungs­ signals, sich kaum verändert. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Tatsache zur Kenntnis genommen und die zentrale Position zwischen den Rändern des Tor­ signals als eine Referenz verwendet. Daher kann, obwohl der Gradient des Ran­ des des primären Ursprungssignals niedrig ist, dieser kaum wirksam werden. Somit kann eine Ursprungsdetektion mit einer hervorragenden Reproduzierbarkeit erreicht werden.

Die Positionsimpuls-Zähleinrichtung zählt eine Torimpulsbreite während die Skala sich bewegt und dann wird der Zählwert durch zwei geteilt. Wenn des weiteren eine Ursprungs-Ausgabeeinrichtung vorgesehen ist, um ein Ausgabe- Ursprungssignal zu liefern, wenn ein Zählwert von der Positionsimpuls- Zähleinrichtung einen vorbestimmten Offset-Wert erreicht, nachdem er durch zwei geteilt wurde, kann die Ursprungsdetektion in Echtzeit durchgeführt werden, wenn der Detektionsabschnitt sich relativ zur Skala bewegt.

Eine Binärisierung des primären Ursprungssignals produziert das Torsignal. In einem derartigen Pegelvergleichsprozeß wird gewöhnlich vorzugsweise ein Kom­ parator mit einer Hysteresecharakteristik verwendet, um eine Fehldetektion auf­ grund von Rauschen zu verhindern. Im Fall der vorliegenden Erfindung können sich jedoch, wenn der Komparator eine Hysteresecharakteristik aufweist, die Po­ sitionen beider Ränder des Torsignals in beide Richtungen verschieben. Um ein derartiges Problem zu lösen kann die Torsignal-Erzeugungsschaltung vorzugswei­ se erste und zweite Komparatoren beinhalten. Der erste Komparator detektiert einen Übergang des primären Ursprungssignals von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel mit dem vorbestimmten Referenzpegel und detektiert einen Über­ gang des primären Ursprungssignals vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel mit einem höheren Pegel als dem vorbestimmten Referenzpegel. Der zweite Kompa­ rator detektiert den Übergang des primären Ursprungssignals vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel mit einem niedrigeren Pegel als dem vorbestimmten Refe­ renzpegel und detektiert den Übergang des primären Ursprungssignals vom nied­ rigen Pegel zum hohen Pegel mit dem vorbestimmten Referenzpegel. Die Torsi­ gnal-Erzeugungsschaltung beinhaltet des weiteren eine Auswahlschaltung zum Auswählen der Ausgabe vom ersten Komparator während der ersten Hälfte der Dauer, nachdem das Torsignal aktiv wurde und bevor das Torsignal nicht aktiv wird. Die Auswahlschaltung wählt des weiteren die Ausgabe des zweiten Kom­ parators während der zweiten Hälfte der Dauer aus. Diese ausgewählten Ausga­ ben werden als das Torsignal geliefert.

Wenn die Torsignal-Erzeugungseinrichtung wie oben konfiguriert ist, stimmt der Schwellwertpegel zum Detektieren des Übergangs vom hohen Pegel zum niedri­ gen Pegel, der im ersten Komparator der zwei Komparatoren mit Hysteresecha­ rakteristiken benutzt wird, mit dem Schwellwertpegel zum Detektieren des Über­ gangs vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel, der im zweiten Komparator benutzt wird, überein. Zusätzlich werden diese Übergänge jeweils an der Auswahlein­ richtung ausgewählt, um das Torsignal zu erzeugen. Somit ist es möglich zu ver­ hindern, daß die Randpositionen des Torsignals variieren, während gleichzeitig die Rauschunterdrückungsfähigkeit mit der Hysteresecharakteristik verbessert wird.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Be­ schreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlich.

Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung un­ ter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen umfassend verständlich, in wel­ chen:

Fig. 1 eine zerlegte perspektivische Ansicht eines Linear-Kodierers ist, der für ein Ursprungs-Detektionssystem gemäß einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung geeignet ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Ursprungsdetektors gemäß der Ausführungsform ist;

Fig. 3 ein Diagramm ist, welches den Zentralwert zwischen Rändern eines primä­ ren Ursprungssignals ist, welches am Detektor detektiert wird;

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm ist, welches eine Betriebsweise des Detektors ver­ anschaulicht;

Fig. 5 ein detailliertes Schaltungsdiagramm eines Torsignalgenerators im Detek­ tor ist;

Fig. 6 ein Wellenformdiagramm ist, welches eine Betriebsweise des Torsignal­ generators veranschaulicht;

Fig. 7 ein Flußdiagramm ist, welches einen Ablauf zeigt, um einen Ursprungs- Detektionsprozeß der vorliegenden Erfindung mit Software zu verwirkli­ chen; und

Fig. 8A und 8B Diagramme sind, die herkömmliche Ursprungs-Detektionsverfahren mit einem zufälligen Muster und einem Spaltmuster veranschaulichen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine allgemeine Anordnung eines Linear-Kodierers zeigt, der eine Positions-Detektionsvorrichtung zur Benutzung in einem Ursprungs-Detektionssystem gemäß einer Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung bildet. Der Linear-Kodierer gibt ein primäres Ursprungssignal ΦZ und Zweiphasen-sinuswellenförmige Signale ΦA und ΦB aus, die Positions- Detektionssignale sind. Der Linear-Kodierer ist ein photoelektrischer Kodierer eines Transmissionstyps, der eine Hauptskala 1 und eine Indexskala 2 beinhaltet, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Optische Gitter 3 und 4 mit einer gegebenen Unterteilung sind auf beiden Skalen 1 und 2 gebildet. Eine Lichtquelle 5, wie z. B. eine LED, und eine photoempfindliche Vorrichtung 6, wie z. B. eine Photodiode, liegen einander gegenüber, wobei beide Skalen 1 und 2 dazwischen­ liegen. Die Indexskala 2, die Lichtquelle 5 und die photoempfindliche Vorrich­ tung 6 bilden einen Detektionsabschnitt 7, der sich relativ gegenüber der Haupts­ kala 1 bewegt. Licht, welches durch die optischen Gitter 3 und 4 der Skalen 1 und 2 hindurchgeht, wiederholt Helligkeit und Dunkelheit mit derselben Periode wie die Gitterunterteilung, während sich der Detektionsabschnitt 7 bewegt. Die pho­ toempfindliche Vorrichtung 6 konvertiert die Veränderungen in elektrische Si­ gnale und gibt Positions-Detektionssignale aus mit einem Phasenunterschied von 90° dazwischen, das sind die Zweiphasen-sinuswellenförmigen Signale ΦA und ΦB. Muster 8 und 9 zur Ursprungsdetektion werden an gewissen Positionen der Skalen 1 und 2 gebildet. Die photoempfindliche Vorrichtung 6 gibt das primäre Ursprungssignal ΦZ in Übereinstimmung mit dem Grad des Überlapps der Muster 8 und 9, wie in Fig. 8A oder 8B gezeigt ist, aus.

Fig. 2 ist ein Diagramm, welches einen Ursprungsdetektor zum Erzeugen eines Ausgabe-Ursprungssignals PZ von den Zweiphasen-sinuswellenförmigen Signa­ len ΦA, ΦB und dem primären Ursprungssignal ΦZ zeigt.

Die Zweiphasen-wellenförmigen Signale ΦA und ΦB werden in eine Interpolati­ onsschaltung 11 eingegeben, welche die Perioden der Zweiphasen­ sinuswellenförmigen Signale ΦA und ΦB durch eine bestimmte Zahl teilt, um Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB zu erzeugen. Wenn die Git­ terunterteilung der Skalen 1 und 2 z. B. gleich 20 µm ist, teilt die Interpolations­ schaltung 11 sie durch 100, um Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB mit einer Unterteilung von 0,2 µm und einer Auflösung von 0,05 µm zu erzeugen. Diese Zweiphasen-Rechteckwellensignale PA und PB haben einen Phasenunter­ schied von z. B. 90° dazwischen und eine vorhergehende der Anstiegsflanken kann die Bewegungsrichtung der Indexskala 2 bestimmen. Zähler 12 und 13, die eine Positionsimpuls-Zählschaltung bilden, führen die Zweiphasen- Rechteckwellensignale PA und PB hinein und detektieren die Anstiegs- und Ab­ fallflanken der Signale PA und PB, um Positionsimpulse PULSE mit einer Un­ terteilung von z. B. 0,05 µm hinauf oder hinab zu zählen.

Andererseits unterteilt ein Torsignalgenerator 14 das primäre Ursprungssignal ΦZ mit einem vorbestimmten Referenzpegel VRef um ein Torsignal Z zu erzeugen. Das Torsignal Z wird dem Zähler 12 zugeführt. Der Zähler 12 beginnt die Positi­ onsimpulse PULSE zu zählen, wenn das Torsignal Z aktiv wird. Ein Zählwert des Zählers wird um ein Bit an einer 1/2-Schaltung 15 verschoben, um den Zählwert durch zwei zu teilen, wenn das Torsignal Z inaktiv wird und der geteilte Wert wird in den Zähler 13 voreingestellt. Alternativ kann dies durchgeführt werden, indem einfach der Zählwert mit Ausnahme des niederwertigsten Bits vom Zähler 12 in dem Zähler 13 voreingestellt wird. Der Zähler 13 zählt die Positionsimpulse PULSE, nachdem der geteilte Wert voreingestellt wurde. Ein Zählwert vom Zähler 13 wird einem Komparator 16 zugeführt, der eine Ursprungs- Ausgabeschaltung darstellt. Der Komparator 16 vergleicht einen Eingabe- Zählwert mit einem vorbestimmten Offset-Wert N und liefert ein Ausgabe- Ursprungssignal PZ, wenn beide miteinander übereinstimmen. Ein weiterer Komparator 17 vergleicht den Zählwert aus dem Zähler 12 mit einem später be­ schriebenen vorbestimmten Wert m und liefert ein Steuersignal CNT, wenn beide zusammenfallen. Das Steuersignal CNT wird zum Torsignalgenerator 14 vorge­ schoben und wird benutzt, um das Torsignal Z zu erzeugen, wie nachfolgend be­ schrieben ist.

Eine Betriebsweise eines derartig konfigurierten Ursprungsdetektors wird nach­ folgend beschrieben.

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem primären Ur­ sprungssignal ΦZ, dem Referenzpegel VRef und einer Ursprungs- Detektionsposition veranschaulicht. Wenn das primäre Ursprungssignal ΦZ mit Referenzpegeln VRef, VRef', VRef'' unterteilt wird, variieren linke und rechte Randpositionen XZL, XZL', XZL'', XZR, XZR', XZR'' stark längs der Bewe­ gungsrichtung des Detektionsabschnitts 7. Dies zeigt an, daß die Randpositionen des Torsignals Z wegen der Lichtintensität der Lichtquelle 5 und den Tempera­ turcharakteristiken der Lichtquelle 5 und der photoempfindlichen Vorrichtung 6 und dergleichen stark variieren können. Das Verbinden jeweiliger zentraler Punkte XZP, XZP', XZP'' der linken und rechten Randpositionen XZL-XZR, XZL'-XZR', XZL''-XZR'' bildet eine Zentralpunkt-Verbindungslinie. Die Linie fällt mit der Normalen, wie in der Zeichnung am Peak-Wert des primären Ur­ sprungssignals ΦZ abgebildet ist, zusammen, wenn sie perfekt symmetrisch in bezug auf eine Achse ist. Tatsächlich kann die Zentralpunkt-Verbindungslinie gegenüber der Normalen, z. B. durch Auswirkungen mangelnder Gleichförmigkeit der Lichtintensitätsverteilung, leicht geneigt sein. Der Gradient ΔXZP/ΔVRef ist jedoch weitaus kleiner als der Gradient ΔXZL/ΔVRef an jedem Unterteilungs­ punkt. Daher kann die Zentralpunkt-Verbindungslinie so betrachtet werden, als ob sie fast mit der Normalen am Peak-Wert des primären Ursprungssignals ΦZ zusammenfällt. Entsprechend kann die Ursprungsposition mit einer hervorragen­ den Reproduzierbarkeit definiert werden, wobei vielmehr die zentralen Punkte als die Unterteilungspunkte des primären Ursprungssignals ΦZ benutzt werden.

Obwohl die Zentralachse, welche durch den Peak des primären Ursprungssignals ΦZ hindurchgeht, aus der Wellenform abgeleitet werden kann, kann der Zentral­ punkt der Unterteilungspositionen nicht abgeleitet werden, bis der Detektionsab­ schnitt 7 tatsächlich durch die zwei Punkte hindurchgeht. Somit kann die Position des Zentralpunkts nicht direkt in Echtzeit wie das Ursprungssignal ausgegeben werden. Dann wird das Ausgabe-Ursprungssignal PZ in der Ausführungsform bei einem Positions-Offset um den gegebenen Wert N von der Peak-Position des pri­ mären Ursprungssignals ΦZ ausgegeben.

Fig. 4 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches eine Ursprungs-Detektionsoperation des Detektors von Fig. 2 veranschaulicht.

Das Torsignal Z kann durch Unterteilen des primären Ursprungssignals ΦZ mit dem Referenzpegel VRef, welches durch Bewegen des Detektionsabschnitts 7 der linearen Skala in der gegebenen Richtung erhalten wird, nachdem er zur Normal­ stellung bewegt wurde, erhalten werden. Der Zähler 12 beginnt die Positionsim­ pulse PULSE am Anstieg XZL des Torsignals Z zu zählen. Wenn ein Zählwert des Zählers 12, der zum Abfall XZR des Torsignals Z gezählt hat, gleich 80 ist, wird der Zählwert am Abfall des Torsignals Z 80/2 = 40 und wird im Zähler 13 voreingestellt, welcher wiederum anfängt, von 41 an zu zählen. Wenn der Offset- Wert N gleich 100 ist, liefert der Komparator 16 das Ausgabe-Ursprungssignal PZ, wenn der Zählwert des Zählers 13 100 erreicht. Das Ausgabe- Ursprungssignal PZ hat in diesem Fall eine Impulsbreite, die gleich vier Impulsen der Positionsimpulse PULSE ist.

Wenn das primäre Ursprungssignal seinen Pegel wie ΦZ→4ΦZ' ändert, ändert das Torsignal sich wie Z→FZ', welches seine Anstiegsposition wie XZL→XZL' und seine Abfallposition wie XZR→XZR' ändert, beide nach innen. In diesem Fall sind das Beginnen die Positionsimpulse PULSE zu zählen und die Zeitgabe, um den Zählwert durch zwei zu teilen, z. B. von denen im obigen Beispiel verschiede­ nen. Dennoch hat das primäre Ursprungssignal ΦZ' immer noch dieselbe Peak- Position wie die des primären Ursprungssignals ΦZ und kann als symmetrisch in bezug auf die zentrale Achse betrachtet werden. Somit wird zum Zeitpunkt des Teilens des Zählwertes des Zählers 12 durch zwei, der geteilte Wert gleich dem, der durch Zählen derselben Gewichtungsimpulse von der Zentralposition XZP erhalten wurde. Entsprechend ist die Zeitgabe, um das Zählen auf 100 am Zähler 13 zu beenden, ziemlich ähnlich wie im zuvor genannten Beispiel.

Wenn die Schaltung dieser Ausführungsform auf diese Weise verwendet wird, kann sogar das Spaltsystem, welches das primäre Ursprungssignal ΦZ erzeugt, mit Rändern mit relativ kleineren Gradienten, das Ausgabe-Ursprungssignal PZ mit hervorragender Reproduzierbarkeit solange erhalten, wie die axiale Symme­ trie des primären Ursprungssignals ΦZ mit einem bestimmten Maß sichergestellt werden kann.

Allgemein wird ein Komparator verwendet, um das primäre Ursprungssignal ΦZ mit dem Referenzpegel VRef zu unterteilen. Wenn die zwei zu vergleichenden Signale dieselben oder fast dieselben Pegel aufweisen, kann der Komparator in­ stabil arbeiten. Dann wird der Komparator oft so konfiguriert, daß er im allge­ meinen eine Hysteresecharakteristik aufweist. Wenn der Komparator jedoch die Hysteresecharakteristik aufweist, sind verschiedene Unterteilungspegel zum Un­ terteilen des primären Ursprungssignals ΦZ erforderlich, um die Anstiegsposition XZL und die Abfallposition XZR des Torsignals Z zu erhalten. Folglich kann die Zentralposition XZP zwischen XZL und XZR mit der Peak-Position des primären Ursprungssignals ΦZ nicht zusammenfallen. Dann wird der Torsignalgenerator 14 in dieser Ausführungsform wie in Fig. 5 gezeigt konfiguriert.

Der Torsignalgenerator 14 weist einen ersten Komparator 21, einen zweiten Komparator 22 und eine Auswähleinrichtung auf um die Ausgaben der Kompa­ ratoren 21 und 22 zu schalten, was ein UND-Gatter 23 und ein ODER-Gatter 24 umfasst. Der erste Komparator 21 verwendet Widerstände R11, R12, R13, In­ verter I11, I12 und eine Diode D1. Er adaptiert einen Unterteilungspegel, der gleich dem Referenzpegel VRef ist und einen Unterteilungspegel VTH+, der hö­ her als der Referenzpegel VRef ist, um den Abfall- und Anstiegsübergang des primären Ursprungssignals ΦZ, wie in Fig. 6 gezeigt ist, zu detektieren. Der zweite Komparator 22 verwendet Widerstände R21, R22, R23, Inverter I21, I22 und eine Diode D2. Er adaptiert einen Unterteilungspegel VTH-, der niedriger als der Referenzpegel VRef ist, und einen Unterteilungspegel, der gleich dem Refe­ renzpegel VRef ist, zum Detektieren des Abfall- und Anstiegsübergangs des pri­ mären Ursprungssignals ΦZ, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Wenn das Steuersignal CNT sich vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel ändert, während das Torsignal Z ausgegeben wird, wählt das ODER-Gatter 24 die Aus­ gabe vom ersten Komparator 21 zum Zeitpunkt des Anstiegs des Torsignals Z und die Ausgabe vom zweiten Komparator 22 zum Zeitpunkt des Abfalls des Torsi­ gnals Z aus. Daher wird das Torsignal Z, das schließlich vom ODER-Gatter 24 erhalten wird, dasselbe wie das Signal, das durch Unterteilen mit einem einzelnen Referenzpegel VRef erhalten wurde, dessen Zentralposition sich zwischen den Anstiegs- und Abfallpositionen nicht ändert, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Das Steuersignal CNT kann aus dem Zählwert des Zählers 12 erzeugt werden. Die ersten und zweiten Komparatoren 21 und 22 sind erforderlich, um bei einer Position zu schalten, wo eine negative oder positive Flanke des primären Ur­ sprungssignals ΦZ weit von dem Vergleichspegel VTH entfernt ist und frei von einem instabilen Zustand aufgrund von Rauschen und Vibrationen ist. Daher ist es notwendig, einen numerischen Wert m innerhalb eines Bereichs zwischen dem Zählwert des Zählers 12, der ausreichend größer als 0 ist und der ausreichend kleiner als ein Zählwert entsprechend der Breite des Torsignals Z ist, voreinzu­ stellen. Dann wird der eingestellte Wert m mit dem Zählwert des Zählers 12 beim Komparator 17 verglichen, um das Steuersignal CNT zum Schalten zu erzeugen und um es an den Torsignalgenerator 14 zu liefern.

Die oben genannte Ausführungsform ermöglicht es, den Ursprung mit einer ex­ trem einfachen Konfiguration und einer hervorragenden Reproduzierbarkeit zu detektieren. Gemäß den durch die Erfinder ausgeführten Versuchen ist die Positi­ onsvariationsbreite der Ursprungsausgabe durch das herkömmliche Rand- Detektier-Ursprungsdetektionssystem gleich 9,3 µm, wobei angenommen wird, daß die Torsignalbreite ZX = 200 µm und relative Veränderungen des primären Ursprungssignals ΦZ und des Referenzpegels VRef 5% sind. Im Gegensatz dazu kann die Positionsveränderungsbreite durch das vorliegende System auf 0,5 µm reduziert werden und die Reproduzierbarkeit der Ursprungsposition wird bis zu 18,6-fach verbessert, wenn die Positionsimpulsauflösung auf 0,1 µm voreinge­ stellt wird.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, welches benutzt wird, um einen Ursprungs- Detektionsprozeß der vorliegenden Erfindung mit Software zu verwirklichen.

Nachdem die Stromversorgung eingeschaltet wurde (S1), wird ein Zählwert COUNT und ein Ursprungs-Ausgabesignal PZ (S2, S3) voreingestellt. Als näch­ stes wird das Torsignal Z (S4) überwacht. Wenn das Torsignal Z H-Pegel (S5) hat, wird die Bewegungsrichtung DIR des Detektionsabschnitts 7 von dem Positi­ onsimpuls PULSE geprüft. Wenn die Bewegungsrichtung DIR negativ ist, wird zum Schritt (S4) des Überwachens des Torsignals Z zurückgekehrt. Wenn es po­ sitiv ist, wird zur nächsten, zweiten Stufe (S6) übergegangen. Bei der zweiten Stufe-wird der Positionsimpuls PULSE (S7) überwacht und in Übereinstimmung mit der Bewegungsrichtung (S8) wird der Zählwert COUNT hinauf (S9) oder hin­ ab (S10) gezählt. Diese Zähloperation wird fortgesetzt, bis das Torsignal Z L- Pegel (S11, S12) hat. Wenn detektiert wurde, daß das Torsignal Z L-Pegel (S11) hat, während der Detektionsabschnitt 7 sich in die positive Richtung bewegt, wird der Zählwert COUNT durch zwei geteilt (S13) und es wird zur nächsten, dritten Stufe fortgeschritten.

Bei der dritten Stufe wird der Positionsimpuls PULSE (S14) angezeigt und in Übereinstimmung mit seiner Richtung (S15) wird der Zählwert hinauf (S16) oder hinab (S17) gezählt. Zum Zeitpunkt des Hinaufzählens, wenn der Zählwert COUNT N erreicht oder mehr (S18), bis der Zählwert COUNT N+W erreicht (wobei W eine Impulsbreite bezeichnet) (S19), wird ein Ausgabe-Ursprungssignal PZ auf H-Pegel eingestellt (S20). Wenn der Zählwert COUNT N+W oder mehr erreicht, wird das Ausgabe-Ursprungssignal PZ auf L-Pegel (S21) eingestellt und der Zählwert COUNT auf 0 (S26). Zum Zeitpunkt des Hinabzählens wird dann, wenn der Zählwert COUNT unter N (S22) gegangen ist, das Ausgabe- Ursprungssignal PZ auf L-Pegel (S23) eingestellt. Wenn der Zählwert COUNT unter 0 (S24) gegangen ist und das Torsignal Z L-Pegel (S25) hat, wird dann der Zählwert COUNT auf 0 eingestellt (S26).

Der obige Prozeß ermöglicht es, die Ursprungsdetektion mit hervorragender Re­ produzierbarkeit durchzuführen.

Während die Positions-Detektionseinrichtung, die den kontaktlosen transparenten photoelektrischen Kodierer umfaßt, in der oben genannten Ausführungsform ex­ emplifiziert wird, ist die Positions-Detektionseinrichtung zum Erhalten des primä­ ren Ursprungssignals ΦZ und der Positionsinformation in diesem Fall nicht beson­ ders beschränkt. Vielmehr kann die Ausgabe von einem Kontakt-Reflexionsphotoelektrischen Kodierer benutzt werden, um eine größere Wirkung der vorlie­ genden Erfindung zu erhalten. Die Muster 8 und 9 zur Ursprungsdetektion kön­ nen auch einfache Schlitze oder die zufälligen Muster, wie sie oben beschrieben wurden, sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, können das Zählen der Positionsimpulse, während das Torsignal, das durch Binärisieren des primären Ursprungssignals mit dem vorbestimmten Referenzpegel erhalten wird, aktiv bleibt, und das Teilen des Zählwertes durch zwei, wenn die Länge des Tor­ signals vollkommen gezählt wurde, einen Zählwert auf der Basis des richtigen Mittelpunktes zwischen dem Anstieg (oder Abfall) oder Abfall (oder Anstieg) des Torsignals liefern. Der Mittelpunkt wird durch den schwachen Gradienten des Randes des primären Ursprungssignals kaum beeinflußt. Somit wird der Effekt erreicht, daß der Ursprung mit hervorragender Reproduzierbarkeit detektiert wer­ den kann.

Nachdem die mit der vorliegenden Erfindung konsistenten Ausführungsformen beschrieben wurden, werden andere Ausführungsformen und Variationen, die mit der vorliegenden Erfindung konsistent sind, für Fachleute deutlich. Daher sollte die Erfindung nicht als durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt an­ gesehen werden, sondern sollte als nur durch die Idee und den Umfang der beige­ fügten Ansprüche beschränkt angesehen werden.

Claims (7)

1. Ursprungs-Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer Ursprungspositi­ on, die als Referenz zum Messen einer relativen Position einer Indexskala zu einer Hauptskala dient, aufweisend:
eine Positions-Detektionseinrichtung zum Liefern eines Positions- Detektionssignals in Übereinstimmung mit einer Änderung der relativen Position der Indexskala zur Hauptskala und zum Bereitstellen eines primä­ ren Ursprungssignals mit einem variablen Pegel in Übereinstimmung mit dem Grad eines Überlapps von Ursprungs-Detektionsmustern, die jeweils auf den Haupt- und Indexskalen gebildet wurden;
eine Torsignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Torsignals durch Unterteilen des primären Ursprungssignals mit einem vorbestimm­ ten Referenzpegel; und
eine Positionsimpuls-Zähleinrichtung zum Beginnen des Zählens von Po­ sitionsimpulsen, die von dem Positions-Detektionssignal abgeleitet wer­ den, wenn das Torsignal, das von der Torsignal-Erzeugungseinrichtung er­ zeugt wurde, aktiv wird und Teilen eines Zählwertes durch zwei, wenn das Torsignal inaktiv wird, wobei
ein Zählwert, der von der Positionsimpuls-Zähleinrichtung erhalten wurde, nachdem er durch zwei an der Positionsimpuls-Zähleinrichtung geteilt wird, eine Referenz für eine Ursprungsdetektion gibt.

2. Ursprungs-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter eine Ur­ sprungs-Ausgabeeinrichtung zum Liefern eines Ausgabe-Ursprungssignals aufweist, wenn ein Zählwert von der Positionsimpuls-Zähleinrichtung, nachdem er durch zwei geteilt wurde, einen vorbestimmten Offset-Wert erreicht.

3. Ursprungs-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Positions- Detektionssignale Zweiphasen-sinusförmige Signale aufweisen, welche weiter eine Interpolationseinrichtung zum Interpolieren der Zweiphasen- sinusförmigen Signale aufweist, um jeweils Zweiphasen-Rechteck­ wellensignale zu erzeugen.

4. Ursprungs-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Position­ simpuls-Zähleinrichtung die Positionsimpulse hinauf oder hinab zählt, ba­ sierend auf einer Phasenbeziehung zwischen den Zweiphasen- Rechteckwellensignalen, wobei die Positionsimpulse aus den Zweiphasen- Rechteckwellensignalen erzeugt werden.

5. Ursprungs-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Torsignal- Erzeugungseinrichtung beinhaltet:
einen ersten Komparator zum Detektieren eines Abfallübergangs des pri­ mären Ursprungssignals mit dem vorbestimmten Referenzpegel und zum Detektieren eines Anstiegsübergangs des primären Ursprungssignals mit einem Pegel, der höher als der vorbestimmte Referenzpegel ist;
einen zweiten Komparator zum Detektieren des Abfallübergangs des pri­ mären Ursprungssignals mit einem Pegel, der niedriger als der vorbe­ stimmte Referenzpegel ist, und zum Detektieren des Anstiegsübergangs des primären Ursprungssignals mit dem vorbestimmten Referenzpegel; und
eine Auswahlschaltung zum Auswählen der Ausgabe vom ersten Kompa­ rator während der ersten Hälfte einer Zeitdauer, nachdem das Torsignal aktiv wird und bevor das Torsignal inaktiv wird und zum Auswählen der Ausgabe vom zweiten Komparator während der zweiten Hälfte der Zeit­ dauer, um die ausgewählte Ausgabe als das Torsignal zu liefern.

6. Ursprungs-Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Position­ simpuls-Zähleinrichtung aufweist:
einen ersten Zähler zum Zählen der Positionsimpulse ab dem Zeitpunkt, wenn das Torsignal aktiv wird;
einen zweiten Zähler zum Zählen der Positionsimpulse ab dem Zeitpunkt, wenn das Torsignal aktiv wird, in welchem eine Hälfte eines Zählwerts des ersten Zählers voreingestellt wird, wenn das Torsignal inaktiv wird; und
einen Komparator zum Vergleichen eines Zählwertes des zweiten Zählers mit dem voreingestellten Offset-Wert, um das Ursprungssignal auszuge­ ben.

7. Ursprungs-Detektionsverfahren zum Detektieren einer Ursprungsposition, die als eine Referenz für eine Positionsmessung durch eine Positions- Detektionseinrichtung dient, das die Schritte aufweist:
Überwachen eines Positionsimpulses, der von einem Positions- Detektionssignal aus der Positions-Detektionseinrichtung erzeugt wurde und eines Torsignals, welches durch Binärisierung eines primären Ur­ sprungssignals mit einem vorbestimmten Referenzpegel erhalten wurde, und Beginnen, die Positionsimpulse zu zählen, nachdem das Torsignal ak­ tiv wird;
Teilen eines Zählwertes durch zwei, wenn das Torsignal inaktiv wird; und Liefern eines Ausgabe-Ursprungssignals, wenn ein Zählwert, nachdem er durch zwei geteilt wurde, einen vorbestimmten Offset-Wert erreicht.