DE2416508B2

DE2416508B2 - Anordnung zum Bestimmen einer Relatiwerschiebung

Info

Publication number: DE2416508B2
Application number: DE2416508A
Authority: DE
Inventors: Wim Hilversum Visser (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-04-13
Filing date: 1974-04-04
Publication date: 1979-08-16
Also published as: FR2225799B1; DE2416508C3; DE2416508A1; US3962663A; FR2225799A1; GB1465847A; NL7305172A; JPS502961A; JPS5616882B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen einer Relatiwerschiebung zweier Schlitten auf induktivem Wege in einer Verschiebungsrichtung mit einer von einem alternierenden Stromsignal ansteuerbaren und in einer ersten entlang der Verschiebungsrichtung liegenden Ebene am ersten Schlitten befestigten Signalwicklung, mit mindestens einer senkrecht auf der Verschiebungsrichtung stehenden ersten Mäanderwindung und zwei in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene liegenden, am zweiten Schlitten befestigten Aufnehmerwicklungen mit senkrecht auf der Verschiebungsrichtung stehenden, mit Schenkeln versehenen und phasenverschobenen zweiten Mäanderwindungen, in denen bei Übereinstimmung mit mindestens einer ersten Mäanderwindung ein Verschiebungssignal erzeugbar ist.

Eine derartige Anordnung ist z. B, aus der DE-OS 2303763 und aus der US-PS 2799835 bekannt.

"> Derartige Anordnungen arbeiten wie ein Transformator, wobei ein Ausgangssignal entsteht, das von der jeweiligen Position parallel zur Verschiebungsrichtung der zwei Schlitten abhängig ist. Wenn ein oder mehrere Schenkel der Mäanderwindung ^iner

ι» Aufnehmerwicklung entsprechenden Schenkeln einer Signalwicklung gegenüberliegen, ist dieses Ausgangssigna] stärker als dann, wenn dies nicht so ist. Die Windungen können eine eckige Linienführung aufweisen. Vorzugsweise werden die Wicklungen in einer

ι "> Ebftne, z. B. als Druckverdrahrung, verlegt. Durch die Höhe des Ausgangssignals in den beiden Aufnehmerwicklungen läßt sich die Lage der Schlitten zueinander bestimmen. Wenn die Mäanderwindungen nach einem periodischen Muster angeordnet sind, hat auch

-'Ii das Ausgangssignal einen mit der Stelle periodischen Charakter. Durch die Periodenzahl des Signals wird die Positionsänderung und ggf. auch die Geschwindigkeit angegeben. Mit zwei gegeneinander verschobenen Aufnehmerwicklungen kann auch die Richtung

-'■ der Änderung bestimmt werden, denn sie ergibt sich aus der Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen.

Hinsichtlich der Schlitten ist es unwichtig, welcher in Bewegung ist und welcher stillsteht, ob sich beide

«ι bewegen und auch ob in der Verschiebungsrichtung oder nicht. Die Erfindung ist z. B. bei Werkzeugmaschinen und bei einstellbaren Lese-Schreib-Armen magnetischer Plattenspeicher anwendbar. Es ist jedoch nachteilig, wenn die Mäanderwindungen nicht

r. genau senkrecht zur Verschiebungsrichtung stehen oder wenn eine der beiden Ebenen um die Verschiebungsrichtung als Achse gedreht ist, wie weiter unten erläutert ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Auf-

i" gäbe zugi uncle, die Sigrialamplituden der beiden Aufnehmerwicklungen einander möglichst gleich zu machen, wobei die Wicklungen selbst in einer Planartechnik, z. B. durch Ätzen, Aufdampfen usw., hergestellt werden können. Es sollen also gleiche Si-

■r> gnalamplituden bei einer einfachen Herstellungstechnik erreicht werden. Dies geschieht erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Zwischen periodisch angeordneten zweiten Mäanderwindungen einer Aufnehmerwicklung

,n liegen periodisch angeordnete Flächenabschnitte, in denen jeweils mindestens eine zweite Mäanderwindung der anderen Aufnehmerwickiung angeordnet ist;

b) In Verschiebungsrichtung wechseln Gruppen v> entsprechender Anzahlen zweiter Mäanderwindungen der zwei Aufnehmerwicklungen miteinander ab;

c) Die Schenkel der zweiten Mäanderwindungen sind derart bemessen, daß ihre Durchschnitts-

Mi mittellinien zusammenfallen.

Da die Mittellinien der zwei Aufnehmerwicklungen zusammenfallen, hat eine Abweichung in der Stelle, wie oben erwähnt, wenig Einfluß. Dadurch werden Differentialmessungen wenig beeinflußt und sind bei

t,-i einer Verschiebung auch die mittleren Amplituden der Stellensignale gleich, was für regeltechnische Anwendungen vorteilhaft ist. Einige dieser Vorteile werden zwar auch bei den bekannten Anordnungen er-

zielt. Die zweite Aufnehmerwicklung ist dort in zwei Teile unterteilt, die an beiden Seiten der ersten Aufnehmerwicklung liegen. Dabei werden aber die Mäanderwindungen der Signalwicklung selhr lang. Auch ist es ein Nachteil, daß zwar der Abweichung (z. B. der Drehung) porportionale Effekte gut ausgieichbar sind, aber z_t B, nicht die Effekte zweiter Ordnung, die dem Quadrat der Abweichung proportional sind. Die Erfindung ermöglicht einen sehr gedrängten Aufbau, und das Zusammenfallen der Mittellinien bewirkt einen Ausgleich der Effekte jeder Ordnung. Eine spezielle Bemessung der Schenkellängen ermöglicht es, dieses Zusammenfallen der Mittellinien nur zum Teil zu verwirklichen. Wo früher eine regelmäßige Rechteckform verwendet wurde, wird dieses Ziel erfindungsgemäß durch spezielle Abweichungen von der Rechteckform erreicht.

Es ist ein Vorteil, wenn die Schenkelenden der zweiten Mäanderwindungen abwechselnd auf einer von zwei irt der Verschiebungsrichtung verlaufenden Linien liegen. Das ist eine einfache Metiiode. auf diese Weise die Mittellinien zur Deckung zu bringen.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Anzahl der Mäanderwindungen in den Gruppen mindestens gleich 2 beträgt und die Abschnitte zwischen den zu derselben Gruppe gehörenden Mäanderwindungen flacher sind als die Abschnitte zwischen den äußersten zweiten Mäanderwindungen aufeinanderfolgender Gruppen zweiter Mäanderwindungen derselben Aufnehmerwicklung. Dies ist eine andere einfache Methode, die Mittellinien der ersten und zweiten Aufnehmerwicklung genau zur Deckung zu bringen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Anzahl von Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine zweite Anordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine erste erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 4 eine zweite erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 5 eine dritte erfindungsgemäße Anordnung, F ig. 6 eine vierte erfindungsgemäße Anordnung.

Die bekannte Anordnung nach Fig. 1 enthält eine erste Aufnehmerwicklung A mit Ausgangsklemmen /41 und Al und nach unten senkrecht auf der Verbindungsrichtuag zwischen den Ausgangsklemmen A\ und Al stehende und eckige gebildete Mäanderwindungen. Die Breiten der Mäanderwindungen und die Breiten der Abschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Mäanderwindungen sind jeweils gleich: auf diese Weise bildet die erste Aufnehmerwicklung ein periodisches und symmetrisches Muster mit einer Periode der doppelten Breite einer Mäanderwindung. Auf die gleiche Weise ist die zweite Aufnehmerwicklung B mit den Ausgangsklemmen Bl und Bl und mit senkrecht auf der Verbindungsrichtung zwischen den Ausgangsklemmen Bl und Bl nach oben gerichteten und eckig gestalteten Mäanderwindungen; die zwei Aufnehmerwicklungen haben die gleiche Periode und liegen z. B. als Druckverdrahtung in einer Ebene. Sie sind in bezug aufeinander um Ί_Α Periode verschoben; dies kann z. B. auch eine Verschiebung um ¹Z_n oder Vj Periode sein.

Die Anordnung enthält weiter eine Signalwicklung C mit den Anschlußklemmen Cl und Cl und senkrecht auf der Verbindungsrichtung zwischen den Anschlußklemmen Cl und Cl nach oben gerichteten eckig gestalteten Mäanderwindungen mit der gleichen Periode wie die der Aufnehmerwicklung. Um anzugeben, daß die z. B. auch in der Druckverdrahtungstechnik ausgeführt Signalwicklung in einer parallel zur Ebene der Aufnehxnerwicklungen liegenden Ebene • liegt, ist sie punktiert angegeben. Die Signalwicklung ist z, B. an einen Sinus-, Impuls- oder Rechteckgenerator anschJießbar: durch Transformatorwirkung ist ein Positionssignal an den Ausgangsklemmen detektierbar. Bei Verschiebung der Signalwicklung in der

ι» Richtung zwischen den Anschlußklemmen Cl und Cl sind die Positionssignale amplitudenmoduliert und abwechselnd gleich- oder gegensinnig mit dem alternierenden Signal im Signalgenerator. Wenn die Bewegung nahezu gleichförmig ist, weisen die Maxima

ι > in den alternierenden Stellensignalen in den Aufnehmerwicklungen eine Phasendifferenz auf. Das Vorzeichen der Phasendifferenz ist für die Richtung der Verschiebung bestimmend. Wenn die Bewegung nicht gleichförmig ist, kann durch logische Mittel die Bewe-

JIi gungsrichtung gleichfalls bestimmt we^r<ien. Es treten jetzt Probleme auf. wenn die Orientierungen der Signalwicklungund der Aufnehmerwicklungen dadurch ungleich sind, daß die Schlitten, auf denen diese Wicklungen befestigt sind, in bezug aufeinander gedrrht

-·■> sind. Fig. 1 zeigt eine Signalwicklung D mit Anschlußkleiiimen Dl und Dl, die in bezug auf die Richtung zwischen den Ausgangsklemmen Al und Al und Bl und Bl gedreht ist (Rotationsachse senkrecht zu der Ebene der Aufnehmerwxklungen). Da-

Ki durch ändert sich der Phasenunterschied zwischen den Stellensignaten. Der Phasenunterschied kann so klein werden, daß es unmöglich wird, die Bewegungsrichtung zu bestimmen, namentlich bei externen Störungen und großen Verschiebungsgeschwindigkeiten.

r. Wenn die Wicklungen derart dimensioniert sind, daß die Amplituden der Stellensignale in der erwähnten Richtung sinusförmig schwanken, bilden die Nulldurchgänge ein System definierter Stellen z. B. der radialen Stellen der Schreibspuren in einem Magnet-

i" plattenspeicher. Um eine große Schreibdichte zu erzielen werden diese Spuren möglichst dicht zusammen gestellt. Wenn der Phasenunterschied der beiden Signale als Funktion der Stelle nicht genau 90° ist, müsssen die Spuren weiter auseinander gelegt v-erden,

r. wodurch sich die mittlere Schreibdichte verkleinert.

Fig. 1 zeigt eine weitere Signalwicklung E zusammen mit den Aufnehmerwicklungen A und B in einer Frontansicht: hier hat Rotation um eine den Verbin-

·.(> dungsrichtungen zwischen den Ausgangsklemmen Al und Al und Bl und Bl parallele Achse stattgefunden: es ist deutlich, daß sich auch hier Probleme einstellen, denn das Stellensignal in der Aufnehmerwicklung B iät im Mittel stärker ais das in der Auf-

vi nehmerwicklung A, was die Positionsbestimmung erschwert. Derartige Schwierigkeiten treten au/, wenn die Stellensignale in einer Regelschleife verwendet werden: dann müssen sie nämlich gleich sein. Dies läßt sich zwar durch einen Abschwächer oder einen

ι (i Verstärker erreichen, aber ein solches Gerät erfordert zusätzliche Einzelteile.

Schließlich ist Rotation um eine Achse in de;· Ebene der Wicklungen senkrecht zu den Verbindungsrichtungen zwischen den Ausgangsklemmen Al und Al

h, und Bl und Bl möglich. Dadurch werden die Signale in den beiden Aufnehmerwicklungen gleich beeinllußt, was nicht störend ist.

Fig. 2 gibt eine zweite Anordnung nach dem Stand

der Technik. Die Wicklung AA erfüllt eine entsprechende Funktion wie die Wicklung A nach Fig. 1 usw. Die Wicklung AA besteht aus zwei Hälften, die ober- bzw. unterhalb der Wicklung BB liegen. Die Abmessung in vertikaler Richtung (senkrecht auf der Ver- ' bindungsrichtung zwischen den Ausgangsklemmen ßß\ und BBT) der Mäanderwindungen der Aufnehmerwicklung AA ist immer die Hälfte der entsprechenden Abmessung der Mäanderwindungen der Aufnehmerwicklung BB, so daß in erster Annäherung '" Rotationen wie die der Signalwicklungen D und E nach Fig. 1 wenig Einfluß haben. Dies ist jedoch aus folgenden Gründen nicht immer gewährleistet. Erstens ist jetzt die Aufnehmerwicklung BB zentral und die Aufnehmerwicklung AA exzentrisch angeordnet. Dazu ist es nötig, daß die Feldform des Signals in der Signalwicklung CC senkrecht auf der Verbindungsrichtung zwischen den Klemmen CCl und CC2 genau einheitlich ist: deshalb ragt die Signalwicklung CC verhältnismäßig weit aus den Aufnehmerwicklungen ' heraus und erfordert somit viel Platz. Weiter kann ein Signal SA in der Aufnehmerwicklung A (Fig. 1) in Abhängigkeit vom Winkel w zwischen den beiden Ebenen folgende Form haben:

Sa= SAO+ SAl ■ w+ SA2 ■ >v^: + ...
Die Größen SAO und SAX ... bilden eine Koeffizientenreihe. Für das Signal SB in der Aufnehmerwicklung B gilt:

SB= SBO+ SBl ■ (-iv)-f- SBl ( - h)^: + ...

Bei der Anordnung nach Fig. 2 kann man sich die Aufnehmerwicklung AA als die Summe zweier Wicklungen denken, nämlich A und B nach Fig. 1 und derart verschoben, daß sie räumlich phasengleich sind. ^; · Beim Addierender Signale SA und SB kompensieren sich die Größen erster Ordnung, aber die Größen zweiter Ordnung nicht. Gleiches gilt für Effekte durch die Drehung gemäß der Signalwicklung D nach Fig. 1.

Fig. 3 gibt eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Signalwicklung C dieselbe ist wie die nach Fig. 1, jedoch die Aufnehmerwicklungen F mit den Ausgangsklemmen Fl und Fl und G mit den Ausgangsklemmen Gl und Gl ' Abschnitte zwischen den Mäanderwindungen aufweisen, deren Breite jeweils dreimal die Breite der Mäanderwindungen ist. Man kann sich das Entstehen dieser Abschnitte dadurch denken, daß in der Fig. 2 jeweils reihum die Mäanderwindungen ausgelassen und die ·' Wicklungen ineinander geschoben werden. Die Positionssignale werden dadurch erzeugt, daß die senkrecht auf der Richtung Cl und Cl stehenden Schenkel der Signalwicklung C parallel zu den entsprechenden Schenkeln der Mäanderwindungen der Aufnehmer- >' wicklungen Fund G liegen. Die Mittellinien der vertikal gezeichneten Schenkel der Mäanderwindungen fallen hier in der Linie FG dadurch zusammen, daß die Abschrägungen über einen Abstand no den Effekt der Abstände mo ausgleichen: die schrägen Teile der w Mäanderwindungen können den Schenkeln der Signalwicklung nicht entsprechen, denn sie stehen etwa senkrecht darauf. Die Größen von no und mo werden bei der Fig. 5 besprochen.

Fig. 4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Anordnung. Man kann sie beschreiben, als wären pro Aufnehmerwicklung jeweils zwei angrenzende Mäanderwindungen ausgelassen und die nächste aufrechterhalten. Diese Ausführung weist den Vorteil auf, daß der kleinste Abstand zwischen zwei senkrecht auf der Richtung Hl und Hl stehenden aufeinanderfolgenden Schenkeln gleich der Breite einer Mäanderwindung ist, so daß die Periode verhältnismäßig klein ist. Stellt man den technisch zu erreichenden Mindestwert für diesen Abstand auf a, so beiragen für die Fig. 3 und 4 die Perioden der Mäandermuster 8a bzw. 6a. Dies ergibt eine genaue Stellenbestimmung. Die Verbindungen zwischen aufeinanderfolgenden Mäanderwindungen derselben Aufnehmerwicklung sind gebogen, so daß die Enden der Schenkel immer auf einer von zwei parallel zur Richtung Hl und Hi hegenden Linien liegen. Die Zwischenverbindungen stehen senkrecht auf den zuvor erwähnten Schenkeln der Signalwicklung, so daß sie damit wenig koppeln und nur wenig zum Positionssignal beitragen. Außerdem fallen die Mittellinien der Schenkel der Mäanderwindungen der beiden Aufnehmerwicklungen jetzt exakt zusammen, FO daß die bei der Fig. 1 erwähnten Rotationen keinen Einfluß ausüben.

Fig. 3 gibt eine dritte erfindungsgemäßc Anordnung, bei der genauso wie bei den Fig. 3 und 4 die Mittellinien der Schenkel der Mäanderwindungen beider Aufnehmenvicklungen A und /. zusammenfallen. Dies wird dadurch erreicht, daß von ihnen das erste Moment, z. B. in bezug auf die Verbindungslinie zwischen Klemmen Ll und Ll pro Aufnehmerwicklung gleich ist. Das erste Moment wird dann als das Integral zwischen dem Anfangs- und dem Endpunkt eines Schenkels gegeben: fldl, wenn /die Längenkoordinate ist. Für kleine Werte von m in bezug auf den Abstand LL gilt ungefähr nlm=2 (mS0,03). In der Figur ist mlLL gleich 0,1, und dann ist mlLL ungefähr 0,24. Für mlLL größer als ungefähr 0,146 ist keine Lösung möglich. Das Herleiten der Fig. 5 aus der Fig. 1 geschieht derart, daß jeweils drei aufeinanderfolgende Mäanderwindungen pro Aufnehmerwicklung ausgelassen werden und jeweils zwei übrigbleiben. Für die Abstände mo und no nach Fig. 3 gilt dieselbe Berechnung wie für die Abstände η und m in Fig. 5. Dort sind sie jedoch nicht im richtigen Maßstab gezeichnet.

Fig. 6 zeigt eine vierte erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Aufnehmenvicklungen K9 und U*. Der Aufbau dieser Figur ist derart aus der Fig. 1 hergeleitet, daß jeweils drei Mäanderwindungen pro Aufnehmerwicklung ausgelassen werden und jeweils drei übrigbleiben. Es gilt dabei, daß für kleine Werte von mVLLl, z. B. kleiner als 0,1, der Wert von nl durch rill ml gegeben wird, was ungefähr I¹/, entspricht. In der Figur ist mil LLl = 0,2 und dann'beträgt nil LLl = V₃.

> Es ist möglich, erfindungsgemäß die in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Maßnahmen miteinander zu kombinieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Bestimmen einer Relativverschiebung zweier Schlitten auf induktivem Wege in einer Verschiebungsrichtung mit einer von einem alternierenden Stromsignal ansteuerbaren und in einer ersten entlang der Verschiebungsrichtung liegenden Ebene am ersten Schlitten befestigten Signalwicklung, mit mindestens einer senkrecht auf der Verschiebungsrichtung stehenden ersten Mäanderwindung und zwei in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene liegenden, am zweiten Schlitten befestigten Aufnehmerwicklungen mit senkrecht auf der Verschiebungsrichtung stehenden, mit Schenkeln versehenen und phasenverschobenen zweiten Mäanderwindungen, in denen bei Übereinstimmung mit mindestens einer ersten Mäanderwindung ein Verschiebungssignal erzeugbar ist, gekennzeichnet dt/rch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) zwischen periodisch angeordneten zweiten Mäanderwindungen einer Aufnehmerwicklung liegen periodisch angeordnete Flächenabschnitte, in denen jeweils mindestens eine zweite Mäanderwindung tier anderen Aufnehmerwicklung angeordnet ist;

b) in Verschiebungsrichtung wechseln Gruppen entsprechender Anzahlen zweiter Mäanderwindungen der zwei Aufnehmerwicklungen miteinander ab;

c) die Schenkel der zweiten Mäanderwindungen sind derart bemossen, daß ihre Durchschnittsmittellinien zusamns nfallen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelenden der zweiten Mäanderwindungen abwechselnd auf einer der zwei in Verschiebungsrichtung verlaufenden Linien liegen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Mäanderwindungen in den Gruppen mindestens gleich 2 beträgt und die Abschnitte zwischen den zu einer selben Gruppe gehörenden Mäanderwindungen flacher sind als die Abschnitte zwischen den äußersten zweiten Mäanderwindungen aufeinanderfolgender Gruppen zweier Mäanderwindungen einer selben Aufnehmerwicklung.