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Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor zum Erfassen eines Positionssignals nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In vielen industriellen Anwendungen besteht die Notwendigkeit, eine genaue Positionsbestimmung einer sich bewegenden Maschine bzw. zumindest eines Teils der Maschine durchzuführen, um einerseits die Maschine in deren Bewegung präzise zu steuern und andererseits sicherzustellen, dass sich die Maschine kollisionsfrei bewegt. Hierbei kann die Positionsbestimmung gemäß der entsprechenden Anwendung in Form einer linearen oder rotatorischen Positionsmessung sein.
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Beide auf unterschiedliche Typen von Sensoren basierende optische Positionsmessungen haben gemeinsam, dass eine Lichtquelle eine Maßverkörperung, die eine positionskodierende Struktur aufweist, bestrahlt und ein Lichtempfänger ein von der Maßverkörperung reflektiertes oder transmittiertes Rücklicht empfängt, um daraus Positionssignale zu ermitteln.
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Ziel ist es, diese mechanische Relativbewegung möglichst genau, also mit möglichst kleiner Messabweichung zu detektieren. Insbesondere bei Winkelmesssystemen geschieht dies bevorzugt in tangentialer Richtung auf dem Umfang einer kreisförmig angeordneten Maßverkörperung. Diese besteht in transmissiven Systemen meist aus einer Reihe von in tangentialer Richtung benachbart angeordneten lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen (im Folgenden auch Kodierungselemente genannt). Durch die lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereiche ergeben sich bei Drehung der Maßverkörperung, also bei tangentialer Relativbewegung der lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereiche gegenüber dem Lichtempfänger entsprechende Intensitätsschwankungen, aus denen eine Auswerteeinheit Winkelpositionen (in linearen Systeme Linearpositionen) ermitteln kann.
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Sofern diese Maßverkörperung konzentrisch um eine Drehachse auf einem Codeträger angeordnet ist, kann der Drehwinkel mittels des oben beschriebenen Verfahrens hinreichend fehlerfrei bestimmt werden. Hierbei entstehen, insbesondere bei Inkrementalspuren, unterschiedliche analog erfasste Signalformen, wie z.B. dreieckförmig oder sinusförmig.
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Ist die Maßverkörperung jedoch exzentrisch um die Drehachse angeordnet, ergibt sich bei der Drehung um die Drehachse eine Exzenterbewegung der Maßverkörperung, die dazu führt, dass die Relativbewegung zwischen der Maßverkörperung und dem Lichtempfänger eine radiale und eine tangentiale Komponente erfährt.
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Die radiale Komponente ist in erster Ordnung sinusförmig. Durch eine standardmäßig in radialer Richtung gelegenen Ausdehnung der Kodierungselemente kann der optoelektronische Sensor invariant gegenüber der Radialbewegung sein, wenn die Kodierungselemente trotz der exzentrischen Bewegung die Lichtempfänger in radialer Richtung stets abdecken können.
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In einer tangentialen Richtung jedoch, das heißt entlang der Bewegungsrichtung der Maßverkörperung, ergibt sich durch die exzentrische Bewegung ein systematisches Vor- und Nacheilen der Maßverkörperung bezüglich einem mechanischen Drehwinkel. Dies führt zu einer systematischen Messabweichung, welche nicht erfasst werden kann und damit eine Systemgenauigkeit beeinträchtigt. Je nach Radius der Maßverkörperung und Exzentrizität kann diese Messabweichung eine signifikante Minimierung der Systemgenauigkeit verursachen.
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Eine aktive Zentrierung bzw. Justierung der Maßverkörperung, das heißt eine Vermeidung der Exzenterbewegung bei rotativen Systemen bzw. einer Verkippung bei linearen Systemen, erfordert hohen Aufwand bei einer Herstellung bzw. bei einer Montage.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen optoelektronischen Sensor der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine Abweichung von der Rotations- bzw. Linearbewegung zwischen der Maßverkörperung und dem Lichtempfänger erfasst und bestimmt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierbei umfasst der erfindungsgemäße optoelektronische Sensor zum Erfassen eines Positionssignals
- - eine Maßverkörperung, die eine positionskodierende erste Spur und eine positionskodierende zweite Spur umfasst, wobei die Spuren voneinander beabstandet angeordnet sind und jede Spur Kodierungselemente aufweist, die entlang der jeweiligen Spur in einem Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils eine Kodierungselementeausrichtung, insbesondere eine Längsrichtung einer länglichen Form der Kodierungselemente, aufweisen,
- - einem Lichtsender, der Sendelicht auf die Maßverkörperung abstrahlt,
- - einem Lichtempfänger, der von der Maßverkörperung reflektiertes oder transmittiertes Rücklicht empfängt, wobei der Lichtempfänger mindestens ein erstes und ein zweites Empfangselement mit jeweils einer Empfangselementeausrichtung, insbesondere einer Längsrichtung einer länglichen Form der Empfangselemente, aufweist und der ersten Spur das erste und der zweiten Spur das zweite Empfangselement zugeordnet ist und
- - einer Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, aus Empfangssignalen der Empfangselemente bei einer Relativbewegung zwischen den Kodierungselementen und den Empfangselementen entlang der jeweiligen Spur das Positionssignal zu erzeugen,
- - wobei die Kodierungselemente der ersten Spur und das erste Empfangselement mit ihren Ausrichtungen in eine erste Kipprichtung um einen ersten Kippwinkel bezogen auf eine Richtung der Relativbewegung gekippt angeordnet sind, und die Kodierungselemente der zweiten Spur und das zweite Empfangselement mit ihren
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Ausrichtungen in eine zweite Kipprichtung um einen zweiten Kippwinkel bezogen auf die Richtung der Relativbewegung gekippt angeordnet sind, und wobei der erste und zweite Kippwinkel voneinander verschieden sind.
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Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass jede Verkippung oder Verschiebung der Maßverkörperung aus der eigentlichen Bewegungsrichtung heraus zu einer erfassbaren Signaländerung führt. Das führt somit zu einer vektoriellen Veränderung einer Sensitivität der Empfangselemente, bei rotatorischen Bewegungen sowohl in tangentialer als auch in radialer Richtung und bei linearer Bewegung in Abhängigkeit des Kippwinkels. Der einfache geometrische Grund ist, dass die Kodierungselemente der beiden Spuren ihre zugeordneten Empfangselemente unterschiedlich beschatten, bei rotativen Systemen durch die radiale Verschiebung und bei linearen aufgrund des Kippwinkels.
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In rotativen Systemen sind somit sowohl eine tangentiale Relativbewegung als auch eine radiale Relativbewegung zwischen der Maßverkörperung und dem Lichtempfänger durch die beiden Spuren und ihre entsprechenden Empfangselemente mittels unterschiedlich verändertem Lichteinfall auf die Empfangselemente messbar. In den einzelnen Signalen der beiden Spuren ist die tangentiale Relativbewegung überlagert mit einem vektoriellen Anteil der radialen Relativbewegung. Durch beispielweise eine Differenzbildung der Signale der beiden Spuren kann der Anteil der radialen Relativbewegung ermittelt werden. Wenn zum Beispiel die Kippwinkel gleich groß sind, aber unterschiedliche Vorzeichen haben, ergibt die Summe der Signale beider Spuren die zu messende tangentiale Relativbewegung, deren Messabweichung (aufgrund einer Exzentrizität) in erster Ordnung nun durch Kenntnis der radialen Relativbewegung bekannt ist. Die jeweils an einer aktuellen tangentialen Position gemessene radiale Messabweichung gilt für die um 90° versetzten Positionen, da das Vor- und Nacheilen in tangentialer Richtung den Winkelmessfehler verursacht. D.h. die ermittelte Messabweichung muss abgelegt bzw. zwischengespeichert werden, um dann bei + oder - 90° zur Korrektur des Winkels genutzt zu werden.
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Je nach relativem Kippwinkel der beiden Spuren kann bzw. muss die Auswertung komplexer gestaltet werden, so dass Korrekturwerte in Abhängigkeit der vektoriellen Anteile eingeführt werden müssen, um die gewünschten Messgrößen zu erhalten. Diese Korrekturwerte lassen sich jedoch sehr einfach aus den geometrischen Beziehungen ableiten. Im einfachsten Fall sind vorteilhafterweise die Kippwinkel betragsmäßig gleich, aber haben entgegengesetzte Vorzeichen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verlaufen die beiden Spuren parallel, denn dann wirken sich Verkippungen und Exzentrizitäten auf beide Spuren gleich aus. Parallel verlaufend heißt dann, dass die zwei Spuren Kreise mit gleichem Mittelpunkt aber unterschiedlichen Durchmessern bilden.
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Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung bei einem Winkelpositionsgeber, wie Drehgeber bzw. Winkelencoder, einsetzbar, denn dann kann das Problem von Exzentrizitäten erfasst und gemessen werden.
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Aber der erfindungsgemäße Sensor kann auch ein Linearpositionsgeber sein. Bei einer linearen Positionsmessung wird die Maßverkörperung linear in einer Bewegungsrichtung gegenüber dem Lichtempfänger bewegt, so dass es eine Exzentrizität und damit verursachte Fehler zwar nicht gibt, aber eine Verkippung der Maßverkörperung gegenüber der Lichtquelle und insbesondere gegenüber dem Lichtempfänger führt ebenfalls zu einer systematischen Messabweichung, die erst mit der Erfindung erfassbar ist und die Systemgenauigkeit verbessert.
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Dies bedeutet, dass mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Kodierungselemente und der die Kodierungselemente zugeordneten Empfangselemente mit den entsprechenden Kippwinkeln sowohl bei einem linearen als auch rotatorischen Messsystem entscheidende Vorteile erzielbar sind.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der Abstand zwischen benachbarten Kodierungselementen einer Spur einer Breite eines jeweiligen Kodierungselements. Hierdurch ist eine klare Unterscheidung zwischen einer maximalen und minimalen Beleuchtungsintensität des entsprechenden Empfangselements einfach möglich.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erste Kipprichtung entgegengesetzt zu der zweiten Kipprichtung und die Verkippung betragsmäßig gleich. Dadurch kann durch eine Differenzbildung der beiden Positionssignale der Anteil der radialen Relativbewegung besonders einfach ermittelt werden. Streng genommen gilt das aber nur in erster Näherung, denn ganz symmetrisch ist der Effekt auf die Spuren aufgrund des unterschiedlichen Radius allerdings nicht, was in zweiter Ordnung berücksichtigt werden könnte.
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Ferner sind gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Kodierungselemente in ihrer Länge in Richtung ihrer Kodierungselementeausrichtung etwas größer als die zugeordneten Empfangselemente in ihrer Empfangselementeausrichtung, so dass die vom Empfangselement erfasste Beleuchtungsintensität über die Länge des Empfangselements gleichmäßig ist.
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Der erfindungsgemäße Sensor kann auf ähnliche Weise durch weitere Merkmale ausgestaltet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige weitere Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend, in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines beispielhaften optoelektronischen Sensors,
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Maßverkörperung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors einer rotatorischen Positionsmessung,
- 2A und 2B eine schematische Detailansicht der Maßverkörperung des Ausführungsbeispiels der 2 mit radialer Relativbewegung,
- 3 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Maßverkörperung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors der rotatorischen Positionsmessung,
- 4 eine schematische Draufsicht auf eine Maßverkörperung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors für eine lineare Positionsmessung.
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In der 1 ist eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines beispielhaften optoelektronischen Sensor 1 zum Erfassen eines Positionssignals gezeigt. Der Sensor 1 umfasst eine Maßverkörperung 2, die in diesem Ausführungsbeispiel auf dem Prinzip der Reflexion beruht. Das heißt, ein Lichtsender 4 und ein Lichtempfänger 6 sind auf der gleichen Seite einer Maßverkörperung 2 angeordnet, so dass von dem Lichtsender 4 ausgesendetes Sendelicht SL auf die Maßverkörperung 2 auftrifft und das Sendelicht SL von der Maßverkörperung 2 als reflektiertes Rücklicht RL von dem Lichtempfänger 6 empfangen werden kann. Beim Transmission-Prinzip oder Durchlichtprinzip wären der Lichtsender 4 und der Lichtempfänger 6 auf unterschiedlichen Seiten der Maßverkörperung 2 angeordnet.
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Der Lichtempfänger 6 zum Empfangen des von der Maßverkörperung 2 reflektierten oder transmittierten Rücklichts RL weist mindestens, wie in der 2 dargestellt, ein erstes und zweites Empfangselement 6a und 6b auf, die jeweils eine längliche Form mit einer Längsachse (strichpunktiert) aufweisen, wobei die Form vorzugsweise sinusförmig, rechteckig, quadermäßig mit gerundeten Ecken oder oval sein kann. Die Längsachse bildet eine Empfangselementeausrichtung.
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Wie in der 2 in einer Draufsicht auf die Maßverkörperung 2 eines Ausführungsbeispiels eines rotatorischen Sensors 1 schematisch dargestellt, umfasst die Maßverkörperung 2 eine positionskodierende erste Spur 3 und eine positionskodierende zweite Spur 5, wobei die Spuren 3, 5 voneinander beabstandet angeordnet sind. Insbesondere ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die erste Spur 3 von der zweiten Spur 5 radial zum äußeren Rand der Maßverkörperung 2 hin beabstandet zu der zweiten Spur 5 angeordnet. Das heißt mit anderen Worten, dass die erste und zweite Spur 3 und 5 jeweils einen Kreis bilden, wobei die erste Spur 3 einen größeren Durchmesser als die zweite Spur 5 aufweist und konzentrisch zu der zweiten Spur 5 angeordnet ist. Die erste und zweite Spur 3 und 5 weisen jeweils Kodierungselemente 3a und 5a auf, die entlang der jeweiligen Spur 3, 5 in einem Abstand A zueinander angeordnet sind und jeweils eine länglich gestreckte Form mit einer Längsrichtung (strichpunktiert) aufweisen. Diese Längsrichtung bildet eine Kodierungselementeausrichtung.
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Die Kodierungselemente 3a, 5a bestehen insbesondere aus einem lichtreflektierenden, lichtaufnehmenden oder lichtdurchlässigen Strich mit einer definierten Breite Br, wobei vorzugsweise der Abstand A zwischen benachbarten Kodierungselementen 3a bzw. 5a einer Spur 3 bzw. 5 der definierten Breite Br eines jeweiligen Kodierungselements 3a bzw. 5a entspricht, so dass zwischen einer minimalen und einer maximalen Beleuchtung des Empfangselements 6a bzw. 6b klar unterschieden werden kann. Vorteilhafterweise sind die Kodierungselemente 3a, 5a in ihrer Länge größer als die zugeordneten Empfangselemente 6a, 6b ausgebildet, so dass es sichergestellt ist, dass das Empfangselement 6a, 6b vollständig durch das jeweilige Kodierungselement 3a, 5a abgedeckt ist. „abgedeckt“ heißt in Zusammenhang mit reflektiven Sensoren, dass das reflektierte Licht eines Kodierungselements das zugeordnete Empfangselement vollständig bestrahlen kann und im Falle von transmissiven Sensoren, dass das transmittierte Licht durch ein Kodierungselement das zugeordnete Empfangselement vollständig abschatten kann.
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Der ersten Spur 3 ist das erste Empfangselement 6a des Lichtempfängers 6 zugeordnet, und der zweiten Spur 5 ist das zweite Empfangselement 6b des Lichtempfängers 6 zugeordnet. Hierbei können jeder Spur 3, 5 auch mehrere Empfangselemente 6a, 6b zugeordnet sein.
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Der Lichtsender 4 und der Lichtempfänger 6 sind schematisch als ein Kasten dargestellt, wobei die Maßverkörperung 2 sich entsprechend einer als Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung B bei einer Positionsmessung gegenüber dem Kasten bzw. dem Lichtsender 4 und dem Lichtempfänger 6 dreht. Hierbei bewegen sich die Kodierungselemente 3a der ersten Spur 3 bzw. die Kodierungselemente 5a der zweiten Spur 5 in Richtung R einer Relativbewegung an dem ersten Empfangselement 6a bzw. an dem zweiten Empfangselement 6b vorbei.
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Der Lichtsender 4 und der Lichtempfänger 6 sind mit einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden, die ausgebildet ist, aus Empfangssignalen der Empfangselemente 6a, 6b bei der Relativbewegung zwischen den Kodierungselementen 3a, 5a und den Empfangselementen 6a, 6b entlang der jeweiligen Spur 3 bzw. 5 das Positionssignal zu erzeugen. Hierbei kann die Auswerteeinheit zusammen mit dem Lichtsender 4 und dem Lichtempfänger 6 auf einer gemeinsamen Platine vorgesehen sein.
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Ferner decken die Kodierungselemente 3a der ersten Spur 3 bei der Relativbewegung das erste Empfangselement 6a bei bestimmten Winkeln völlig ab. Gleiches geschieht mit den Kodierungselementen 5a der zweiten Spur 5 gegenüber dem zweiten Empfangselement 6b. Dabei erzeugen das erste und zweite Empfangselement 6a und 6b jeweils periodische Empfangssignale, aus denen die Auswerteeinheit die erwähnten Positionssignale erzeugt.
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Erfindungsgemäß sind die Kodierungselemente 3a der ersten Spur 3 und das der ersten Spur 3 zugeordnete Empfangselement 6a mit ihren Längsrichtungen um einen ersten Kippwinkel a bezogen auf die Richtung R der Relativbewegung (Tangentialrichtung) gekippt angeordnet. Es sei bemerkt, dass der Kippwinkel a der Kodierungselemente 3a und der Kippwinkel a des Empfangselements 6a identisch sind. Die Kodierungselemente 5a der zweiten Spur 5 und das der zweiten Spur 5 zugeordnete Empfangselement 6b sind mit ihrer Längsrichtung um einen zweiten Kippwinkel β bezogen auf die Richtung R der Relativbewegung gekippt angeordnet. Auch hier ist der Kippwinkel β der Kodierungselemente 5a und der Winkel β des Empfangselements 6b identisch. Allerdings sind der erste und zweite Kippwinkel a und β voneinander verschieden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 2 haben die Kippwinkel a und β den gleichen Betrag aber unterschiedliche Vorzeichen. Mit anderen Worten und bezogen auf die schematische Grafik der 2 sind die Kodierungselemente 3a der ersten Spur 3 und das zugehörige erste Empfangselement 6a nach links verkippt und die Kodierungselemente 5a der zweiten Spur 5 und das zugehörige zweite Empfangselement 6b in gleicher Weise nach rechts.
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Hierbei ist insbesondere bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der zweite Kippwinkel β invertiert zu dem ersten Kippwinkel a. Das heißt, der zweite Kippwinkel β ist vom Betrag her gleich dem ersten Kippwinkel a, aber von der Orientierung her genau entgegengesetzt gerichtet (β = -a).
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Vorzugsweise haben die Kodierungselemente 3a der ersten Spur 3 die gleiche Größe und Abstände untereinander wie die Kodierungselemente 5a auf der zweiten Spur 5. Auch die ersten und zweiten Empfangselemente 6a und 6b haben die gleiche Größe. Dann sind erste und zweite Spur quasi symmetrisch aufgebaut. Das hat Vorteile in der Auswertung, wie nachfolgend erläutert ist.
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Eine exzentrische Bewegung bewirkt am Ort der Lichtabtastung, also dort wo Sender 4 und Empfänger 6 sich befinden, eine Relativbewegung zwischen Maßverkörperung und Empfangselementen, die sowohl eine tangentiale Komponente als auch eine radiale Komponente aufweist. Mit der Erfindung lassen sich diese Komponenten erfassen und auch bestimmen.
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Die tangentiale Komponente ist die zu messende tangentiale Drehbewegung, allerdings überlagert durch die radiale Komponente und lässt sich daher nicht so einfach bestimmen. Die radiale Komponente lässt sich direkt bestimmen, denn sie hat in den beiden Spuren unterschiedliche Auswirkungen, da die Kippwinkel a und β unterschiedlich sind. Das ist anschaulich in den 2A und 2B dargestellt. In 2B sind die Kodierungselement 3a und 5a radial um einen Betrag verschoben, in der Zeichnung nach oben. Man erkennt, dass dann auf das Empfangselement 6a (Spur 3) weniger Licht fällt und auf das Empfangselement 6b (Spur 5) mehr Licht fällt. Aus diesem Unterschied lässt sich die radiale Verschiebung ermitteln.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Kippwinkel a gleich groß aber invertiert zu dem zweiten Kippwinkel β ist (d.h. β = -a), wirkt sich die radiale Relativbewegung auf den beiden Spuren in erster Ordnung genau entgegengesetzt aus. Lässt man unberücksichtigt, dass die Auswirkungen auf den verschiedenen Radien geringfügig unterschiedlich sind, ergibt sich aus einer Differenzbildung der Signale die Amplitude für den vektoriellen Anteil der radialen Relativbewegung.
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Aus dieser Kenntnis der radialen Komponente kann der durch die Exzentrizität verursachte Winkelmessfehler korrigiert werden. Aufgrund des Phasenversatzes kann dies allerdings erst nach mindestens einer Drehung um eben diesen Phasenversatz von 90° geschehen. Anders ausgedrückt: Die Kompensation kann erst stattfinden, wenn die Exzentrizität der Maßverkörperung um die Drehachse ermittelt wurde, was je nach Auswerteverfahren eine Umdrehung um mindestens einen Winkelbereich größer 0° erfordert. Die Information der radialen Relativbewegung muss also zwischengespeichert werden, so dass sie jeweils um 90° versetzt abgerufen werden kann.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 3 sind die Kippwinkel a und β nicht symmetrisch wie in 2, sondern im Prinzip beliebig unterschiedlich. Auch das bewirkt im Prinzip das gleiche in Bezug auf die tangentiale und die radiale Komponente der Exzentrizität wie oben zu 2 erläutert. Allerdings geht die Symmetrie verloren und die Auswertung wird entsprechend komplexer, denn dann sind die Signaländerungen durch die radiale Komponente der Relativbewegung in beiden Spuren unterschiedlich groß. Es müssen dann vektorielle Anteile eingeführt werden, um die gewünschten Messgrößen zu erhalten. Diese Korrekturwerte lassen sich jedoch prinzipiell sehr einfach aus den geometrischen Beziehungen ableiten.
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Aus den Beschreibungen zu den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 wird deutlich, dass es ein wesentliches Element der Erfindung ist, dass eine exzentrische Bewegung mit ihren radialen Anteilen eine unterschiedliche Auswirkung auf die beiden Spuren 3 und 5 hat. Das ist dann der Fall, wenn die Kippwinkel unterschiedlich sind. Bevorzugt liegen die Kippwinkel zwischen 0° und 90° und besonders bevorzugt bei +/- 45°, denn dann haben die tangentiale und die radiale Komponente gleiche Gewichtung.
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Die Erfindung hat auch signifikante Vorteile für lineare Positionsgeber, wie anhand der 4 erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel zeigt 4 einen optoelektronischen Sensor 1 des linearen Positionsgeber-Typs, bei dem die Maßverkörperung 2 beispielsweise aus einer Schiene besteht, wobei die Schiene in Längsrichtung an dem Lichtsender 4 und dem Lichtempfänger 6 bzw. vice versa vorbeibewegt wird. Der Lichtsender 4 und der Lichtempfänger 6 sind wie in der 2 schematisch als Kasten dargestellt.
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Auf die Schiene bzw. die Maßverkörperung 2 sind die positionskodierende erste Spur 3 und die positionskodierende zweite Spur 5 mit den jeweiligen Kodierungselementen 3a, 5a angeordnet, wobei die Kodierungselemente 3a, 5a an (bei diesem Beispiel) jeweils zwei ersten bzw. zweiten Empfangselementen 6a bzw. 6b vorbeibewegt werden.
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Wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel in der 3 sind die Kodierungselemente 3a, 5a der ersten Spur 3 und der zweiten Spur 5 und die jeweils zugeordneten ersten und zweiten Empfangselemente 6a und 6b um einen ersten Kippwinkel a bzw. um einen zweiten Kippwinkel β bezogen auf die Richtung R der Relativbewegung der ersten und zweiten Spur 3 und 5 gegenüber dem Lichtempfänger 6 gekippt angeordnet. Die erste Spur 3 ist parallel zu der zweiten Spur 5 auf der Schiene angeordnet.
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Da es sich um einen linearen Positionsgeber-Typ handelt, tritt keine Exzentrizität wie bei dem Ausführungsbeispiel des rotatorischen Sensors auf. Die Erfindung findet auch hier vorteilhaft Anwendung, da es durch die Anordnung möglich ist, eine Verkippung des Lichtempfängers 6 bzw. der Empfangselemente 6a, 6b gegenüber der Maßverkörperung 2 durch die Erfassung der vektoriellen Veränderung der Sensitivität des Lichtempfängers 6 bzw. der Empfangselemente 6a, 6b zu detektieren. Das heißt, bei einer Verkippung würden die Kodierungselemente 3a der ersten Spur 3 anders beabstandet zu den zugeordneten ersten Empfangselementen 6a als die Kodierungselemente der zweiten Spur 5 zu den zugeordneten zweiten Empfangselementen 6b oder auch umgekehrt sein, wodurch sich eine unterschiedliche Beschattung der jeweiligen ersten bzw. zweiten Empfangselemente 6a bzw. 6b ergibt. Dadurch verändert sich eine Intensität der Empfangssignale des Lichtempfängers 6 bzw. der ersten und zweiten Empfangselemente 6a und 6b, woraus wiederum die, die Intensitätsänderung verursachende Verkippung ermittelt werden kann.
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Ferner kann durch eine unterschiedliche Auflösung der ersten zu der zweiten Spur 3 und 5 die erfindungsgemäße Anordnung der Spuren 3, 5 und deren Empfangselemente 6a, 6b zueinander zusätzliche Informationen bzgl. der Relativbewegung der Maßverkörperung 2 gegenüber dem Lichtempfänger 6 liefern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optoelektronischer Sensor
- 2
- Maßverkörperung
- 3
- Erste positionskodierende (radial äußere) Spur
- 3a
- Kodierungselemente
- 4
- Lichtsender
- 5
- Zweite positionskodierende (radial innere) Spur
- 5a
- Kodierungselemente
- 6
- Lichtempfänger
- 6a, 6b
- Erstes und zweites Empfangselement
- A
- Abstand
- B
- Bewegungsrichtung
- Br
- Breite eines Kodierungselements
- R
- Richtung der Relativbewegung
- RL
- Rücklicht
- SL
- Sendelicht
- a
- Erster Kippwinkel
- β
- Zweiter Kippwinkel
