DE2737872C3

DE2737872C3 - Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern

Info

Publication number: DE2737872C3
Application number: DE2737872A
Authority: DE
Inventors: Ichizo Higashiyamato Tokio Tagami (Japan)
Original assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Current assignee: Ishikawajima-Harima Jukogyo Kk Tokio
Priority date: 1976-08-23
Filing date: 1977-08-23
Publication date: 1980-11-27
Also published as: US4315252A; JPS6148088B2; JPS5326149A; DE2737872A1; GB1590922A; DE2737872B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen weisen Potentiometer und Synchronisationsmotoren oder Drehtransformatoren die weiteste Verbreitung zur elektrischen Erkennung der relativen Position eines Körpers gegenüber einem anderen Körper oder der Verschiebung eines Körpers gegenüber einer Bezugsposition auf. Da diese Bauteile für analoge Abtastungen der relativen Position oder Verschiebung geeignet sind, werden sie bevorzugt in analogen Rückkopplungssystemen verwendet.

Wegen der geringen Genauigkeig w^rrd die analoge

w Steuerung von Werkzeugmaschinen als untragbar erachtet, aber mit der großen Entwicklungsgeschwindigkeit digitaler Rechner in den vergangenen Jahren ist die numerische Steuerung mit einem höheren Genauigkeitsgrad möglich geworden, so daß ein erhöhtes Bedürfnis für einen digitalen Detektor besteht, d. h., nach einem Analog-Digitalwandler (im weiteren als »AD-Wandler« bezeichnet) zur Umsetzung einer analogen Mengenangabe einer Verschiebung in einen digitalen Code.

Es gibt zwei Typen von AD-Wandlern von denen der eine ein Differentialtyp und der andere ein Absoluttyp ist, wobei die Verwendung vom Verwendungszweck abhängt. In F i g. 1 ist schematisch ein AD-Wandler vom Absoluttyp dargestellt, welcher auch als »Absolut-Typ-Codierer« bezeichnet wird. Gemäß F i g. 1 sind zwei Körper Xuna Y relativ zueinander beweglich und eine Seite des Körpers X, welche dem Körper Y gegenüberliegt, ist mit einem binären Code Z in

Richtung der Bewegung markiert Ein Leser oder Sensor Wist an dem Körper Ybefestigt und liest den binären Code Z auf dem Körper X, der dem Leser W gegenüberliegt, so daß die relative Position zwischen dem Körper X und Y erkannt werden ks.-in. Genauer gesagt sind die Körper X und Y durch geeignete Verbindungseinrichtungen i und ii mit Körpern AT'bzw. Y' verbunden, um die relative Position oder Verschiebung zwischen den Körpern X' und Y' zu erkennen. Dies bedeutet, daß die relative Position oder Verschiebung zwischen den Körpern X' und Y' anhand der relativen Position oder Verschiebung der Körper X und Ygemessen wird.

In der Praxis besteht der Körper X aus einer längsgestreckten Codiermaske oder Codierscheibe und »1« und »0« des binären Codes Z werden durch die Anoder Abwesenheit von Löchern dargestellt, indem lichtdurchlässige oder undurchlässige Bereiche, elektrisch leitende und nichtleitende Bereiche, magnetisierte und nichtmagnetisierte Bereiche usw. vorgesehen sind. Als Leser W kommen in Frage: Fotoelektrische Leser, Bürsten, Mikroschalter, Magnetköpfe u.dgl. Der Körper Kdient zur Unterstützung des Lesers VK

Das wichtigste Merkmal des Absolut-Typ-Codierers besteht darin, daß der Ausgang des Lesers Wimmer die Absolute Adresse darstellt, welche ihrerseits dem binären Code Z auf dem gegenüberliegenden Körper X — abhängig von der relativen Position der beiden Körper — entspricht. Deshalb ist sogar dann, wenn die Energieversorgung nach einem Energieausfall zurückkehrt der Ausgang vom Leser W der gleiche wie der Ausgang unmittelbar vor dem Energieausfall. Wenn eine relative Geschwindigkeit zwischen den Körpern X und Y eine kritische Geschwindigkeit überschreitet, kann eine korrekte Lesung nicht mehr aufrechterhalten werden. Erst wenn die relative Geschwindigkeit unter eine bestimmte kritische Geschwindigkeit absinkt, kann die genaue absolute Adresse wieder korrekt gelesen werden.

Ein weiteres Merkmal bei dem Absolut-Typ-Codierer besteht darin, daß bei mechanischen Erschütterungen und Vibrationen und bei elektrischem Rauschen von Schaltern od. dgl. die Wirkungsweise erheblich vermindert ist.

Der Absolut-Typ-Codierer hat jedoch seine inhären- « ten Nachteile in seiner fundamentalen Anordnung oder Konstruktion, was sich genauer aus der Beschreibung von Fig.2 ergibt. In Fig.2 ist eine Codiermaske oder Platte P mit de-τ Drei-Bit-Zeichen »110«, »010« und »101« markiert. Ein schraffiertes Feld stellt dabei eine so binäre »1« dar, während ein weißes Feld eine binäre »0« darstellt. Ein Leser ist mit drei Leseköpfen iii, iv und ν versehen, so daß die binär codierten Zeichen auf der Codiermaske Pvon links nach rechts abgetastet werden können. Wenn die drei Leseköpfe iii, iv und ν genau vertikal ausgerichtet sind, dann werden die Zeichen »110«, »010« und »101« genau ausgehen, wie die Reihenfolge gemäß F i g. 2a zeigt. Wenn jedoch der Lesekopf iv gegenüber dem unteren Lesekopf ν und dem oberen Lesekopf iii nicht genau ausgerichtet ist, t>o beispielsweise um die Abstand / gemäß F i g. 2b verschoben ist, wobei der Absi.i ^A /und der horizontale Abstand zwischen der vertikalen Linie durch das Zentrum des nicht genau ausgerichteten Lesekopfes iv und der vertikalen Linie durch die Zentren der M Leseköpfe iii und ν ist, dann würde nacheinander »110«, »010«, »111« und »101« gelesen werden. Das bedeutet, daß das falsche Ausgangssignal »111« zwischen »010« und »101« erzeugt wird. Wenn ein mit dem Leser verbundener Digitalrechner so programmiert ist, daß eine Anweisung auf das Ausgangssignal »111« hin abgegeben wird, dann ist eine folgenschwere Fehlbetätigung nicht auszuschließen.

Die Gefahr einer solchen Fehlleistung ist jedem Absolut-Typ-Codierer eigen, und zwar unabhängig vom jeweiligen Typ, also beispielsweise dem Bürstentyp, dem optischen Typ, dem Magnettyp usw. Wenn die Breite der binären Codierungen zur Vergrößerung der Auflösung beim Ermitteln der Position vermindert wird, ergibt sich selbst bei sehr geringer Fehlausrichtung zwischen den Leseköpfen häufig ein falsches Ausgangssignal.

Um die Fehlfunktionen zu vermeiden, ist ein in F i g. 3 dargestelltes Codemuster (sog. »Gray-Code«) entwikkell worden. Die Codiermaske ist dabei mit vier Bits versehen, wobei ein schraffiertes Feld eine binäre »1« darstellt, ein weißes Feld eine binäre »0« darstellt und der höchstwertige, der geringerwertige, der noch geringerwertige und der geringstwertige Bit in dieser Reihenfolge mit Q, C₃, C₂ und C₀ bezeichnet ist. Die Dezimalziffern »0«, »1«, »2«, »3« usw. werden durch die Gray-Codeworte in den jeweiligen Spalten dargestellt. Es liegt also hinsichtlich der aufeinanderfolgenden Zahlen ein einschrittiges Codemuster vor, wobei die Bitkombinationen der unmittelbar benachbarten Worte bis auf eine Stelle gleich sind. Wird beispielsweise das die dezimale Zahl »0« darstellende Wort mit dem die dezimale Zahl »1« darstellenden Wort verglichen, so unterscheiden sie sich nur in dem geringstwertigen Bit C₀. In gleicher Weise sind die Worte, welche die Dezimalzahlen »9« und »10« darstellen oder die Adressen »9« und »10« bilden insoweit verscheiden, als sie sich im Bit G unterscheiden. Dieses Codemuster wird als sogenannter Gray-Code bezeichnet und ist deshalb vorteilhaft, weil der Gray-Code leicht in einen normalen Binärcode umgesetzt werden kann. Mit dem Gray-Code gemäß F i g. 3 werden keine falschen Ausgangssignale erzeugt, und zwar auch dann nicht, wenn die Leseköpfe, beispielsweise der Lesekopf v, nicht korrekt ausgerichtet sind gegenüber anderen Leseköpfen vi, vii und viii, wie dies mit dem Abstand 1 in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn daher die Adressen 0. 1. 2 und 3 usw. durch den Gray-Code oder einen anderen Einheitsabstandscode dargestellt werden, dann ist eine korrekte Erkennung möglich.

Im allgemeinen wird das Ausgangssignal von Absolut-Codierern der oben beschriebenen Art in einen Rechner mit hoher Kapazität eingespeist oder in einen Kleinstcomputer oder Mikrorechner, so daß das Ausgangssignal des Codierers in dezimal, duodezimal oder sexagesimal Zahlen umgesetzt werden muß. Obwohl durch den Gray-Code eine falsche Lesung verhindert wird, sind dennoch aufwendige logische Schaltkreise für die Umsetzung des Gray-Codes in Dezimalzahlen, Duodezimalzahlen und Sexagesimalzahlen erforderlich, so daß die Kosten dafür ansteigen, während die Betriebssicherheit abnimmt.

Zur Lösung dieser Probleme sind Dezimalcodesysteme entwickelt worden, wie sie in den Fig.4 und 5 dargestellt sind. In dem Positions- Dezimal-Code-Muster gemäß F i g. 4 ist die Codiermaske oder Platte P in 60 Spalten und 8 Reihen unterteilt, wobei wiederum ein weißes Feld eine binäre »0« darstellt, während ein schraffiertes Feld die binäre »1« darstellt. Vier Bits Co, Ci, Ci und Ci stellen ein Zeichen an der geringstwertigen Stelle 10° des die dezimale Zahl repräsentierenden

Wortes dar, während die Bits Q, C5, Ck und C7 ein Zeichen an der zweit geringstwertigen Stelle 10' des Wortes darstellen. Dies bedeutet, daß die Dezimalzahlen von »0« bis »60« im Gray-Code dargestellt werden.

Da die Zeichen an jeder Stelle einer Dezimalzahl teilweise durch eine einschrittige Codierung wiedergegeben werden, wird eine fehlerhafte Lesung vermieden und die Umsetzung in eine Dezimalzahl kann leicht durchgeführt werden. Dieses Codemuster beinhaltet jedoch eine Übertragungszweideutigkeit. Das heißt, wenn beispielsweise das Wort, das »9« oder »19« oder »59« bedeutet, auf das Wort, das »10« oder »20« oder »60« bedeutet, wechselt, dann wechseln die Bits an vier Stellen, so daß die Einschrittigkeit nicht aufrechterhalten werden kann und konsequenterweise Fehlsignale zwischen den Adressen »9« und »10«, »19« und »20« sowie »59« und »60« erzeugt werden.

Bei dem Codemuster, das in F i g. 5 dargestellt ist, werden die die Dezimalzahlen von »0« bis »9« repräsentierenden Zeichen durch eine andere einschrittige Codierung wiedergegeben und die die Dezimalzahlen »0« und »9« darstellenden Zeichen werden so ausgewählt, daß sie sich in einem Bit voneinander unterscheiden, so daß die Einschrittigkeit bei jeder Ziffer der Dezimalzahlen beibehalten werden kann. Das in F i g. 5 dargestellte Codemuster ist jedoch insgesamt gesehen kein einschrittiger Code. Wenn beispielsweise das die Dezimalzahl »9« oder »19« darstellende Wort zu dem die Dezimalzahl oder Adressen »10« oder »20« darstellende Wort wechselt, dann wechseln zwei Ziffern. Daher ist es zur Vermeidung fehlerhafter Ausgangssignale erforderlich, zusätzliche komplizierte Maßnahmen zu ergreifen.

Zur Lösung der oben aufgezeigten Probleme, die bei bekannten Positions-Binär-Code-mustem zur Erkennung relativer Positionen oder Verschiebungen auftreten, wurden ausführlichste Studien und Versuche durchgeführt, um zu einer Lösung zu kommen, welche diese Nachteile vermeidet

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung dem Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart zu schaffen, daß fehlerhafte Ausgangssignale vermieden und eine genaue Erkennung der relativen Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern bei einer leichten Umsetzung der Ausgangssignale in eine entsprechend binär codierte Zahl ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Ausgangssignale ieichi in eine angepaßte, binär codierte Zahl umgesetzt werden können, so daß eine codierte Platte oder Scheibe bei einem AD-Wandler verwendet werden kann, welche am besten als Interface für eine Vielzahl von Rechnern verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Körper aus einem Wiedergabemedium bestehen kann, wie z. B. einem Magnetband od. dgl, so daß eine automatische Adressierungsvorrichtung od. dgl. zur korrekten, schnellen und automatisch wiederholenden Datenwidergabe auf dem Wiedergabemedium verwendet werden kann.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Übersicht zur Erklärung eines Absolut-Typ-Codierers;

F i g. 2a und 2b Darstellungen zur Erklärung der Erzeugung fehlerhafter Ausgänge bei einem Codierer gemäß F i g. 1;

F i g. 3 eine Codiermaske oder -platte, welche mit einem Gray-Code markiert ist;

Fig.4 eine Darstellung einer Codiermaske oder -platte, bei welcher jede Ziffer eines Dezimalsystems durch einen Gray-Code dargestellt ist;

F i g. 5 eine Darstellung ähnlich der gemäß F i g. 4, bei welcher jedoch das Zeichen, das die dezimale Zahl »0« darstellt und das Zeichen, das die dezimale Zahl »9« darstellt, sich voneinander in einem Bit unterscheiden;

F i g. 6 ein zyklisches Codemuster gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem 7wei einschrittige Codierungen zur Darstellung einer 1 ezimalzahl verwendet werden;

F i g. 7 die Schaltung eines logischen Schaltkreises zur Umsetzung des Codes, welcher von dem Codemuster gemäß F i g. 6 abgeleitet in ein binär codiertes Dezimalsystem umgesetzt wird;

Fig.8 einen nicht-zyklischen Code, der im Zusammenhang mit dem zyklischen Codemuster nach F i g. 6 verwendet wird;

F i g. 9 eine Schaltung zur Umwandlung des nicht-zyklischen Codes der Fig.8 in die erste einschrittige Codierung gemäß F i g. 6;

Fig. 10 eine in Verbindung mit dem zyklischen Codemuster der F i g. 6 verwendete nicht-zyklische Codierung, die für eine zyklische Zählung geeignet ist;
F i g. 11 eine logische Schaltung, die in Verbindung mit dem nicht-zyklischen Code gemäß Fi g. 10 verwendet wird;

Fig. 12 ein Codemuster, das aus einer anderen nicht-zykiischen Codierung mit einem Synchronisationsbit und solchen Codierungen, wie sie in Fig.6 gezeigt sind, zusammengesetzt ist, wobei dieses Codemuster vorteilhaft ist, wenn die maximale Relationsverschiebung eine Zufallszahl ist so daß die Einschrittigkeit nicht zwischen »0« und der maximalen Verschiebung oder Position »359« beibehalten werden kann;

Fig. 13 eine logische Schaltung, die in Zusammenhang mit dem modifizierten Codemuster gemäß F i g. 12 verwendet wird;

F i g. 14,15 und 16 Wertetabellen für ein EXKLUSIVODER-, UND- und ODER-Gatter und

Fig. 17, 18 und 19 schematische Ansichten einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform eines optischen Absolut-Typ-Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung.

Anhand der Fig.6 wird das erfindungsgemäße zyklische Codernusier beschrieben. Für dieses Codernuster muß zur Darstellung der relativen Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern zuerst ein binär codierter Basis-/j-Code (wobei η größerä4) bestimmt werden. Als nächstes werden m einschrittige Codierungen bestimmt, wobei m=2, wenn π gerade, und m=4, wenn η ungerade, um die Zeichen »0«, »1«, »2«,... und n— 1 an jeder Stelle der Basis-J7-Zahl darzustellen. Wenn η gerade ist, ergibt sich ein zyklisches Codemuster, bei dem die erste und die zweite Codierung abwechselnd in einer Kette angeordnet sind und das die Zahl »0« darstellende Zeichen in der ersten Codierung gleich dem die Zahl »n—1« in der zweiten Codierung darstellenden Zeichen sein muß. Dabei muß das die Zahl »77— 1« in der ersten Codierung darstellende Zeichen gleich dem die Zahl »0« in der zweiten Codierung darstellenden Zeichen sein.

Wenn η ungerade ist, dann werden gemäß der Erfindung die dritte und die vierte Codierung, die einander benachbart sind, in die Kette der ersten und zweiten Codierungen anstelle irgendeiner ersten Codierung eingefügt, so daß die Anzahl der in einem Zyklus der Kette enthaltenen Codierungen ungerade, vorzugsweise der kleinste Bruchteil oder der in einer ganzen Zahl ohne Rest aufgehender Teiler von η außer 4 und kleineren Zahlen ist. Ein Beispiel: Die Bruchteile von »21« sind »3« und »7«. Dann ist die Anzahl der Codierungen in einem Zyklus der Kette mit vier einschrittigen Codierungen zur Darstellung der Basis-n-Zahl »7«. In gleicher Weise ist die Anzahl »5« bei einer Basis-5-ZahI, »9« bei einer Basis-9-Zahl usw. Das r>n— 1« darstellende Zeichen in der zweiten Codierung ist gleich dem »0« in der dritten Codierung darstellenden Zeichen. In gleicher Weise ist das Zeichen »n— 1« in der dritten Codierung gleich dem Zeichein »0« in der vierten Codierung, und das Zeichen »n—1« in der vierten Codierung ist gleich dem Zeichen »0« in der zweiten Codierung.

In Fig.6 ist die Basis »10« und die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern durch Dezimalzahlen dargestellt. »10« ist eine gerade Zahl. Daher ist m gleich »2« und erste und zweite Codierungen 3 und 4 werden zur Darstellung der Zeichen der dezimalen Zahl von »0« bis »9« bestimmt. Das Zeichen »6« in der ersten Codierung, das die dezimale Zahl »0« darstellt, ist gleich dem Zeichen »7« in der zweiten Codierung 4, das die dezimale Zahl »9« darstellt und das Zeichen »8« in der ersten Codierung 3, das die dezimale Zahl »n-1« oder »9« darstellt ist gleich dem Zeichen »9« in der zweiten Codierung 4, das die dezimale Zahl »0« darstellt. Das Codemuster besteht aus sechs Bits A. B. C, D, E und F, weshalb dezimale Zahlen von »0« bis »23« dargestellt werden können. Sowohl die erste als auch die zweite Codierung sind einschrittige Vier-Bit-Codes. Hierbei sollte angemerkt werden, daß in der ersten und in der zweiten Codierung die Bitmuster im zweiten Bit B gleich sind, während in den ersten, dritten und vierten Bits A, C und D die Bitmuster in der ersten und der zweiten Codierung entgegengesetzt sind, wobei ein weißes Feld die binäre »0« darstellt, während ein schraffiertes Feld die binäre »1« darstellt. Beispielsweise weist das Bitmuster in der Reihe D in der ersten Codierung eine Gruppe von acht aufeinanderfolgenden weißen Feldern oder »0« und eine Gruppe von zwei aufeinanderfolgenden schraffierten Feldern oder »1« auf, während das entsprechende Bitmuster in der zweiten Codierung eine Gruppe von acht aufeinanderfolgenden schraffierten Feldern oder »1« und eine Gruppe von zwei aufeinanderfolgenden weißen Feldern oder »0« aufweist

Die in Fig.7 dargestellte Schaltung wird zur Umsetzung der dezimalen Zahlen von 0 nach 999 in ein binär codiertes Dezimalsystem verwendet Die Bits A bis L (G bis L sind in F i g. 6 nicht dargestellt) werden an ihren entsprechenden Eingängen 10 gegeben, und die dezimalen Ziffern an den Ausgängen 11 werden gewichtet Jede der logischen Schaltungen 12,13 und 14 wandelt den ersten Gray-Code 3 in einen das Zeichen von jeder Dezimalziffer darstellenden gewöhnlichen Binärcode um, und die logischen Schaltungen 15 und 16 wandeln den ersten und den zweiten Gray-Code 3 und 4 in die erste Codierung 3 um. Ein Signal wird über eine Leitung 17 zu einer logischen Schaltung 15 übertragen, um eine Steuerung zu erreichen, die davon abhängt, ob das Zeichen an der Hunderterstelle gerade oder ungerade ist. In gleicher Weise wird durch eine Leitung 18 ein Signal zu der einstelligen logischen Schaltung 16 übertragen, um die Steuerung davon abhängig zu machen, ob das Zeichen an der Zehnerstelle gerade oder ungerade ist. Die Wertetabelle eines EXKLUSIV-ODER-Gatters 19, welches in der Schaltung gemäß F i g. 7 verwendet wird, ist in F i g. 14 dargestellt.

In Fig.8 ist eine in Verbindung mit den in Fig.6 gezeigten Codierungen verwendete nicht-zyklische Codierung dargestellt, die die Zeichen an der höchsten Stelle der Dezimalzahl darstellt. Die nicht-zyklische Codierung 22 macht nur von vier Bits M, N, O und P Gebrauch, um elf Dezimalzahlen von »0« bis »10« darzustellen, wobei die Bits entlang der Ordinate 21 aufgetragen sind, während die Dezimalzahlen entlang der Abszisse 20 aufgetragen sind. Wenn diese nicht-zyklische Codierung 22 verwendet wird um die höchstwertige Ziffer einer Dezimalzahl darzustellen, dann wird ein Anwachsen der Bitzahl infolge eines Übertrages vermieden. Genauer gesagt, wird mit dem Codemuster gemäß F i g. 6 eine Zahlung von »0« bis »999« durchgeführt, aber wenn die geringstwertige Ziffer und die zweitgeringstwertige Ziffer (die Zehnerstelle) durch das Codemuster gemäß F i g. 6 wiedergegeben werden, während die höchstwertige Ziffer (die Hunderterstelle) durch den nicht-zyklischen Code 22 gemäß F i g. 8 dargestellt wird, ist eine Zählung von »0« bis »1000« möglich.

F i g. 9 zeigt eine Schaltung, die in Verbindung mit dem nicht-zyklischen Code gemäß F i g. 8 verwendet werden kann. Die Bits M, N, O und P werden in ihre entsprechenden Eingänge 23 eingegeben und in eine gewöhnliche Binärcodierung 25 und einen Übertrag 24 umgesetzt. Die Wertetabelle des EXKLUS1V-ODER-Gatters 19 und des UND-Gatters 26 ist in Fig. 14 bzw. 15 dargestellt.

Fig. 10 zeigt einen anderen in Verbindung mit den Codierungen gemäß F i g. 6 verwendeten nicht-zyklischen Code zur Darstellung der Zeichen an der höchsten Stelle der Dezimalzahl. Dieser nicht-zyklische Code 29 kann in vorteilhafter Weise für eine zyklische Zählung verwendet werden. Wird beispielsweise angenommen, daß nach einer Zählung von »0« bis »999« die Zählung wiederholt werden soll, um erneut von »0« ab zu zählen, dann müssen die Wörter der binären Ziffern »0« und »999« in jedem Bit außer in einem die gleichen sein. Mit dem Codemuster gemäß F i g. 6 ist das Zeichen, das die Dezimalziffer »9« an der höchstwertigen Stelle der Dezimalzahl »999« darstellt gleich »1011«, während das Zeichen, das die Dezimalzahl »0« darstellt, gleich »0000« ist. Daher müssen die Ziffern an drei Stellen -wechseln. Bei der nicht zyklischer. Codierung 29 gernäß Fi g. 10 sind die Bits Q, R. Sund rentlang der Ordinate aufgetragen, während die zehn Dezimalziffern von »0« bis »9« entlang der Abszisse aufgetragen sind.

Wenn beispielsweise die Zählung von »0« bis »999« durchgeführt wird, wird die Codierung gemäß F i g. 6 zur Darstellung der geringstwertigen und der zweitgeringstwertigen Dezimalziffer von einer Zahl verwendet, und die nicht-zyklische Codierung 29 gemäß Fig. 10 wird zur Darstellung der höchstwertigen Ziffer bzw. der Hunderterstelle verwendet Das Zeichen 30, die die Dezimalziffer 27 »9« an der höchstwertigen Stelle bzw. der Hunderterstelle der Dezimalzahl »999« darstellt, ist dann »0001«. Mit anderen Worten ist nur das Bit 7"des Zeichens 30 auf einem hohen Spannungspegel oder in dem Zustand »1«. Das Zeichen, das die Dezimalzahl »0« darstellt, ist »0000«. Wenn daher die Dezimalzahl »999«

zu der Dezimalzahl »0« wechselt dann wechselt nur ein Bit.

In Fig. 11 ist eine Schaltung dargestellt, welche in Verbindung mit dem nicht-zyklischen Code 29 gemäß F i g. 1.0 verwendet wird. Vier Bits Q, R, 5und Twerden in ihre zugehörigen Eingangsanschlüsse 31 eingegeben und in entsprechende Bits A, B, C und D des ersten Gray-Codes gemäß dem Codemuster in F i g. 6 umgewandelt und an den Ausgangsanschlüssen 32 abgegeben. Dies bedeutet, daß die Schaltung den nicht-zyklischen Code 29 in den ersten Code 3 des Codemusters gemäß Fig.δ umsetzt. Die Wertetabelle der EXKLUSIV-ODER- und ODER-Gatter 19 und 33 gemäß F i g. 11 ist jeweils in den F i g. 14 und 16 dargestellt.

In Fig. 12 ist ein weiteres, nicht-zyklisches Codemuster dargestellt, das zur zyklischen Zählung ausgehend von der Dezimalzahl »0« bis zu einer Dezimalzahl geeignet ist, bei der mehrere Bits »1« sind. Mit diesem nicht-zyklischen Code kann das Diskontinuitätsproblem zwischen der Dezimalzahl »0« und der maximalen Dezimalzahl, bei der mehrere Bits »1« sind, gelöst werden. Bei dem Code gemäß Fig. 12 wird eine zyklische Zählung von der Dezimalzahl »0« zu der Dezimalzahl »359« durchgeführt. Die Dezimalzahlen sind entlang der Abszisse 34 aufgetragen, während die Bits a bis k der Wörter entlang der Ordinate 35 aufgetragen sind. Die Zeichen der geringstwertigen Ziffer oder an der Einerstelle und die der zweitgeringstwertigen Ziffer oder an der Zehnerstelle werden jeweils durch vier Bits dargestellt, während das Wort der höchstwertigen Ziffer oder an der Hunderterstelle durch zwei Bits dargestellt wird. Dieses Codemuster ist im wesentlichen ähnlich dem Codemuster gemäß F i g. 6, außer daß 10 Bits (a — k) und ein nicht-zyklisches Synchronisationsbit verwendet werden. Das Synchronisationsbit 37 ist »0« (niedriger Spannungspegel) dann und nur dann, wenn die Dezimalzahl »0« ist, und bleibt »1«, wenn die Zehn-Bit-Zeichen eine Dezimalzahl außer »0« darstellen, deren Bits absichtlich mehrdeutig sind. Wenn die Maximumdezimalzahl »359« nach »0« wechselt, wechseln die Bits an den Stellen j 38, h 39 und /40 von »1« auf »0«.

In Fig. 13 ist eine Schaltung dargestellt, welche in Verbindung mit dem Codemuster gemäß Fig. 12 verwendet werden kann. Mittels einer Übertragungszeitabstimmung der Bits j38, Λ 39, /40 und a 41, von denen alle mit dem Synchronisationsbit £37 verbunden sind, wird gemäß der Darstellung in Fig. 12 ein Hinüberreichen in die Wörter »0« erreicht, derart, daß eine korrekte Synchronisation aufrechterhalten werden kann.

Anhand der Fig. 17, 18 und 19 werden drei bevorzugte Aüsführüngsiorrnen eines Absöiut-Typ-Cödierers gemäß der Erfindung beschrieben. Wie nachfolgend noch genauer beschrieben, sind alle Ausführungsformen von dem Typ, bei welchem Lichtstrahlen durch eine Codierungsmaske oder einen Codierungsmaßstab hindurch übertragen oder von der Codierungsmaske oder dem Codierungsmaßstab reflektiert und von optischen Sensoren aufgenommen werden. Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 17 und 18 werden die Lichtstrahlen durch die Codierungsmaske oder dem Codierungsmaßstab hindurch übertragen, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 die Lichtstrahlen von der Codierungsmaske oder dem Maßstab reflektiert werden. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 17 ist das Codemuster in Polarkoordinaten aufgetragen.

Gemäß Fig. 17 sind zwischen einer Anordnung von Lichtquellen 44 und einer Anordnung von optischen Sensoren 45 eine Schirmmaske 47 mit einer Vielzahl von Schlitten 46 und eine aus einer Glasplatte hergestellte Codierungsscheibe 49 zwischengelagert, wobei die Glasplatte mit einem lichtstrahlabschirmenden Codiermuster eines einschrittigen Codes versehen ist, wie zuvor beschrieben. Wenn das Codiermuster 48 die Schlitze 46 der Schirmmaske 47 überlappt, dann werden die Lichtstrahlen von der Lichtquellenanordnung 44

ίο unterbrochen, so daß das die Schlitze 46 überlappende Codemuster durch die optische Sensorenanordnung 45 ausgelesen werden kann. Dies bedeutet, daß bei Rotation der Achse 50 in der durch den Pfeil 51 angedeuteten Richtung die Wörter eines einschrittigen Codes ausgelesen werden können.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 18 sind zwischen einer Lichtquellenanordnung 5i und einer Reihe 52 optischer Sensoren eine Schirmmaske 54, welche mit einer Anzahl von Schlitzen 53 versehen ist, und eine aus einer Glasplatte hergestellte, Codiermaske 56 zwischengelagert, wobei die Codiermaske ein Codiermuster 55 eines einschrittigen Codes des oben beschriebenen Typs trägt. Wenn das Codiermuster 56 die Schlitze 53 überlappt, werden die Lichtstrahlen von der Lichtquellenanordnung 51 unterbrochen, so daß die optische Sensoranordnung 52 das die Schlitze 53 überlappende Codemuster 55 auslesen kann. Wenn die Codiermaske 56 von links nach rechts oder von rechts nach links verschoben wird, können die Wörter in einer einschrittigen Codierung ausgelesen werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 wird das Licht von einer Lichtquelle 57 durch einen Halbspiegel 58 zu einer Codiermaske 59 zurückgeworfen, welche aus einer lichtreflektierenden Metallplatte hergestellt ist und auf welcher ein Codemuster 61 mit einem nichtreflektierenden Material aufgetragen ist Das von der Codiermaske 59 zurückreflektierte Licht wird durch eine Projektionslinse 62 im Hohlraum der Schlitze 63 einer Schirmmaske 64 so fokussiert, daß eine optische Sensoranordnung 60 das Codemuster 61 erkennen kann. Wenn die Codiermaske 49 von links nach rechts oder von rechts nach links verschoben wird, dann können die Wörter einer einschrittigen Codierung abgeleitet werden.

Die Erfindung ist nicht auf den oben in bezug auf F i g. 17,18 und 19 beschriebenen Absolut-Typ-Codierer beschränkt und kann auf vielen anderen Geb-eten angewandt werden. Beispielsweise können die einschrittigen Codierungsmuster gemäß der Erfindung auf die Adressenspeicherspur eines Magnetbandes aufgezeichnet werden, wobei der Transport dieses Magnetaufzeichnungsbandes gestoppt werden kann, wenn ein

Binärziffer ausliest Auf diese Weise können Informationen oder Daten, die bei einer spezifischen Adresse auf einem magnetischen Aufzeichnungsband gespeichert sind, automatisch ausgelesen werden. Obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit einem Codemuster zur Erzeugung binär codierter Dezimalzahlen beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch bei einer Codierung zur Erzeugung einer binär codierten Basis-ß-Zahl verwendet werden.

Zusammenfassend gesagt wird — ausgehend von zwei beweglichen Körpern — in Übereinstimmung mit der Erfindung auf einer Oberflächenseite des einen beweglichen Körpers ein Codemuster in Bewegungsrichtung aufgebracht und ein Leser wird auf dem anderen Körper zum Lesen des Codemusters auf dem

einen Körper befestigt, so daß die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern gemessen werden kann. Ein vollständig einschrittiges Codemuster wird auf dem einen Körper so markiert, daß fehlerhafte Ausgangssignale vermieden werden können und folglieh die Zuverlässigkeit zunimmt. Da fehlerhafte Ausgangssignale vermieden werden, kann die Breite der Transparenten oder opaquen Bereiche des Codemusters vermindert wenden, so daß die Auflösung im Meßbereich merklich verbessert wird. ι ο

Des weiteren wird im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem kein vollständig einschrittiges Einheits-Abstands-Codemuster mit verwendet wird, gemäß der Erfindung ein Synchronisationsbit zur Vermeidung fehlerhafter Ausgangssignale verwendet, is Daher läßt sich die Anordnung gemäß der Erfindung einfach aufDauen und biiiig herstellen und läßt sich trotz allem eine hohe Zuverlässigkeit erreichen.

Selbst wenn die Ausgangssignale von dem Codierer, der bei der Erfindung verwendet wird, parallel übertragen werden und selbst wenn die Ausgangssignale hinsichtlich ihrer Obergangszeit unklar sind, werden fehlerhafte Ausgangssignale aufgrund der erfindungsgemäßen einschrittigen Codierung weitestgehend vermieden.

Im Falle der seriellen Übertragung kann einer Übertragungsfehler leicht erkannt werden, da ein Vergleich zwischen den vorhergehenden und den nachfolgenden Impulsen erfolgt.

Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einen Absolut-Typ-Codierer, wie oben mit Bezug auf F i g. 17, 18 und 19 beschrieben, eingebaut wird, kann der Codierer an alle Rechner angeschlossen werden, die sehr zuverlässig und schnell sind und die jegliche Art von Codierungen verarbeiten können, ohne daß ein komplizierter Codeumsetzer erforderlich ist. Des weiteren kann, wie oben beschrieben, der Code entsprechend der Erfindung auf ein Daienwiedergabemedium, wie z. B. ein Magnetband aufgezeichnet zur Erleichterung der automatischen Adressierung verwendet werden.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern, derart, daß ein Codemuster das die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei beweglichen Körpern darstellt, auf einem der beiden beweglichen Körper in PJchtung der Bewegung oder Veränderung aufmarkiert ist und wobei eine zum Lesen des Codesystems auf dem beweglichen Körper geeignete Lesevorrichtung auf dem anderen beweglichen Körper aufmontiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß
(A)

(a) das auf dem beweglichen Körper vorgesehene Codemuster Wörter einer Basis-jj-Zahl (wobei η ä 4) darstellt, bei welcher jede Ste'le der Basis-fl-Zahl durch binäre Ziffern dargestellt ist,

(b) das Codemuster aus m verschiedenen Codierungen besteht (wobei m=2, wenn π gerade, und m=4, wenn η ungerade), die zur Darstellung der Zeichen 0 bis n—\ nacheinander und zyklisch angeordnet sind, wobei jeweils von einschrittigen Codierungen Gebrauch gemacht wird,

(c) zwischen aufeinanderfolgenden Codierungen die das Zeichen n—\ in der vorhergehenden Codierung darstellende Bitkombination gleich der das Zeichen 0 in der nachfolgenden Codierung darstellenden Bitkombination ist,

(d) die erste und die zweite Codierung abwechselnd in einer Kette angeordnet sind, wenn π gerade, und wenn η ungerade, die dritte und die vierte Codierung die einander benachbart sind, in die Kette der ersten und zweiten, abwechselnd angeordneten Codierungen anstelle irgendeiner ersten Codierung eingefügt sind, wobei die Anzahl der in einem Zyklus der Kette enthaltenen Codierungen ungerade, vorzugsweise der kleinste Bruchteil oder der in einer ganzen Zahl ohne Rest aufgehende Teiler von η außer 4 und kleineren Zahlen, ist, und

(B) die Lesevorrichtung einen Codeumsetzer aufweist, der die Codierungen in einen gewöhnlichen Binärcode unisetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die m verschiedenen Codierungen zur Darstellung der Zeichen von 0 bis η-1 an jeder Stelle außer der höchsten Stelle der Basis-n-Zahl nacheinander und zyklisch angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Codemuster aus 11 Vier-Bit-Zeichen besteht, welche die Zahlen 0 bis 10 der höchsten Stelle der Basis-n-Zahl darstellen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Codemuster aus 10 Vier-Bit-Zeichen besteht, welche die Zahlen 0 bis 9 darstellen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Codemuster eine Dezimalzahl darstellt und die höchstwertige Stelle der Dezimalzahl durch drei bzw. weniger Bits oder fünf bzw. mehr Bits umfassende, die Zeichen von 0 bis k darstellende Zeichen ausgedrückt ist, wobei k eine ungerade Zahl ist und die Zeichen von 0 und ibis auf einen Bit gleich sind, während die übrigen Stellen durch Vier-Bit-Zeichen dargestellt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Codemuster ein Synchronisationsbit an der höchsten Stelle enthält, dessen Zeichen durch die im Anspruch 1 angegebene erste Codierung, durch die im Anspruch 3 angegebene Codierung, durch die im Anspruch 4 angegebene Codierung, durch die im Anspruch 7 angegebene Codierung oder durch die im Anspruch 8 angegebene Codierung ausgedrückt ist, daß der Synchronisationsbit (beispielsweise 1) gleich bleibt und sich nur an der Grenze der die größte Zahl und die kleinste Zahl der Basis-n-Zahl darstellenden Worte den Wert 0 annimmt und daß die die größte und die kleinste Zahl darstellenden Worte sich in zwei oder mehr Bits unterscheiden, wobei eines der Wörter eine eindeutige Bitkombination hat, die in das andere Wort an der Stelle, wo der Synchronisationsbit den Wert 0 hat, zur Erzeugung einer absichtlichen Mehrdeutigkeit hinüberreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Codemuster eine Dezimalzahl darstellt und die geringstwertige Stelle der Dezimalzahl durch Zeichen mit weniger als drei Bits ausgedrückt ist, während die verbleibenden Dezimalziffern durch Vier-Bit-Zeichen dargestellt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zeichen der höchsten Stelle der Basis-n-Zahl darstellende Codierung (wobei η ungerade) gleich der im Anspruch 1 angegebenen ersten Codierung ist.