DE3246959A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung einer position eines messobjektes in einem absoluten messwert - Google Patents

Description

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VON KREISLER SCHONWA¹CD"' EI5HO1D FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler t 1973

Anmelder in Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Kabushiki Kaisha SG Dr. J. F. Fues, Köln

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln 22-12, Minamimachi 3-Chome Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Kokubunji-shi, Tokyo-to Dipl.-Ing. G. Selting, Köln

Japan · Dr. H.-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

17. Dezember 1982

Sg-Da/rk

Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer Position eines Meßobjektes in einem absoluten Meßwert

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßvorrichtung zur Messung einer Position eines sich mechanisch aus einer vorbestimmten Aus-, gangslage verlagernden Meßobjektes in einem absoluten Meßwert.

Derartige Meßvorrichtungen werden verwendet, um zum Beispiel eine Drehwinkelposition einer Motorwelle oder eines anderen rotierenden Teils oder einer linearen Position eines Arbeitstisches, einer Kolbenstange oder eines anderen linear verstellten Teiles zu bestimmen.

Bekannt sind Drehgeber, die eine absolute Lageposition nur innerhalb einer einzigen Umdrehung messen. Zur Messung einer absoluten Position inne.rhalb mehrerer Umdrehungen ist ein getrennter Umdrehungszähler vorgesehen und die Umdrehungszahl, die dieser mißt, wird kombiniert mit dem absoluten Meß-

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wert einer einzigen Umdrehung. Die bekannte Drehwinkelmeßvorrichtung erfordert Getriebe mit einem ziemlich großen Untersetzungsverhältnis, um die Umdrehungsanzahl als Absolutwert anzuzeigen. Zum Beispiel ist es erkennbar, daß bei einem Unter-* Setzungsgetriebe, das in der Lage ist, 32 Umdrehungen der Hauptwelle zu messen, 32 Zähne auf der Hauptwelle vorgesehen sind und 1024 Zähne sich auf der untersetzten Ausgangswelle befinden. In diesem Fall ist eine zu erwartende Genauigkeit der Anzeige an einem Wechselpunkt der Umdrehungszahl nur von einer Genauigkeit von einem 1/32 einer Umdrehung, d.h. etwa 11° als Winkel. Wie dieses Beispiel zeigt, kann keine hohe Meßgenauigkeit erwartet werden, obwohl ein Getriebe hoher Präzision notwendig ist„ Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, ist es auch bekannt, die Umdrehungszahl durch Zählung inkrementaler Impulse zu erhalten. Diese Methode ist jedoch deshalb nachteilig, weil die Umdrehungszahlen bei Stromausfall oder anderen unvorhergesehenen Störungen nicht meßbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor- f richtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine

absolute Position in. einem weiten Bereich zu messen / und eine solche absolute Positionsmessung mit einer

hohen Genauigkeit ohne Notwendigkeit eines voluminösen Getriebes durchzuführen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mehrere Detektoren (Geber) in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sind, von denen jeder bei einer vorbestimmten Periode ein Ausgangssignal erzeugt, das einen absoluten Meßwert innerhalb einer Periode in Abhängigkeit von einer gegebenen mechanischen Verlagerung darstellt. Jeder der Detektoren erfährt eine Verlagerung, die mit der Verlagerung des Meßobjektes derart gekoppelt ist, daß eine Periode eines jeden Detektors einer gegenseitig unterschiedlichen Periode der vorbestimmten Verlagerungsbeträge des Meßobjektes entspricht, die sich voneinander unterscheiden. Als Ergebnis unterscheiden sich die Werte der Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren in Abhängigkeit von der Verlagerung oder Lage des Meßobjektes voneinander in einem vorbestimmten Verhältnis. Eine Kom^ bination der gegenseitig unterschiedlichen Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren kann als eine Funktion ausgedrückt werden, die sich auf die Anzahl der Perioden des jeweiligen Detektors in Abhängigkeit vom Verlagerungsbetrag' des Meßobjektes ausgehend von

einer vorbestimmten Ausgangslage bis zur gegenwärtigen Lage bezieht. Entsprechend ist es möglich, die Anzahl der Perioden von der Aus gangs lage bis zur gegenwärtigen Lage des Meßobjektes in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Detektor (eines ersten Detektors) zu bestimmen, indem als Parameter die Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren verwendet werden, die Werte innerhalb einer Periode entsprechend der gegenwärtigen Lage des Meßobjektes darstellen. Durch Kombination eines ganzzahligen Teiles, der auf diese Weise ermittelten Periodenanzahl, mit einem Wert innerhalb einer Periode dargestellt durch das Ausgangssignal des ersten Detektors, kann die gegenwärtige Position des Meßobjektes in einem absoluten Meßwert identifiziert werden.

Der Verlagerungsbetrag des Meßobjektes, der einer Periode des ersten Detektors entspricht, ist vorbestimmt und die Werte der Ausgangssignale der anderen Detektoren, die dem Verlagerungsbetrag entsprechen, sind auch vorbestimmt, denn die Verlagerungsbeträge des Meßobjektes, die einer Periode der jeweiligen Detektoren entsprechen, sind an gegenseitig unterschiedlichen bekannten Werten bestimmt. Wenn eine mechanische Verlagerung des Meßobjektes, die einem Wechsel für eine Periode im Ausgangssignal des ersten Detektors entspricht, als eine Einheit genommen wird, sind die Differenzen zwischen

dem Ausgangssignal des ersten Detektors und den Ausgangssignalen der anderen Detektoren, die beide dieser mechanischen Verlagerung einer Einheit entsprechen als bekannte Werte gegeben. Die Periodenanzahl des ersten Detektors kann erhalten werden durch individuelles Dividieren der Differenzen zwischen dem gegenwärtigen Ausgangssignal des ersten Detektors und den gegenwärtigen Ausgangssignalen der anderen Detektoren durch diese bekannten Differenzen in der Periode. Auf diese Weise kann die Anzahl der Perioden des ersten Detektors durch die Berechnung bestimmt werden, die die Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren als Parameter verwendet. Diese Berechnung kann nur durchgeführt werden durch die oben beschriebene Division, die die Differenzen in der Periode durch eine geeignete Formel in Übereinstimmung mit den mathmematischen Zusammenhängen verwendet. Die Berechnung kann nicht durch einen Rechensehaltkreis, sondern auch durch einen Tischrechner, bestehend aus einer ROM, RAM oder anderen Einheiten durchgeführt werden.

Als Detektoren können Drehwinkeldetektoren, Lineardetektoren oder eine Kombination von beiden

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verwendet werden. Wenn die Detektoren Ausgangssignale in Abhängigkeit von der ihnen zugefügten mechanischen Verlagerung im gleichen Verhältnis erzeugen können, werden geeignete übertragungselemente (Getriebeübersetzungen) verwendet, um die Detektoren in zueinander unterschiedlichen Raten mit der Verlagerung des Meßobjektes zu versehen. Wenn im Gegensatz hierzu die Detektoren die Ausgangssignale in verschiedenen vorbestimmten Raten in Abhängigkeit von der ihnen zugefügten mechanischen Verlagerung erzeugen, kann die Verlagerung des Meßobjektes auf die jeweiligen Detektoren mit einer gemeinsamen Rate übertragen werden. Wesentlich ist, daß eine Periode des Ausgangssignals jedes Detektors unterschiedlichen Verlagerungsbeträgen hinsichtlich derVerlagerung des MeßObjektes entsprechen soll.

Da die Periodenanzahl bezüglich des ersten Detektors durch Verwendung der Aüsgangssignale der jeweiligen Detektoren bestimmt wird, ist die Auflösung der Messung der Periodenanzahl im wesent-

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lichen die gleiche wie die Auflösung der Messung des Absolutwertes innerhalb einer Periode des Detektors und deswegen von hoher Genauigkeit. Wenn zum Beispiel der erste Detektor ein absoluter Drehgeber ist/ der mit einer Hauptwelle verbunden ist, die das Meßobjekt darstellt, und dieser erste Detektor einen absoluten Drehwinkel mit einer Genauigkeit von N-Teilungen mißt,kann die Anzahl der Perioden, des ersten Detektors, d.h. die Umdrehungsanzahl der Hauptwelle mit einer Genauigkeit von N-Teilungen pro Umdrehung angezeigt werden. Andererseits steht fest, daß die Anzeigegenauigkeit von einem Wechselpunkt in der Umdrehungsanzahl (Anzahl der Perioden) ein N-tel einer Umdrehung (eine Periode) beträgt, deren Genauigkeit gänzlich der Genauigkeit des absoluten Drehgebers selbst entspricht. Entsprechend können absolute Lagen in einem weiten Bereich mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der arithmetischen Signalverarbeitung des Ausführungsbeispiels nach Fig.1,

Fig. 3 ein Diagramm, £a"dem?alsiBedspieIsdI.e-7|sas§abesignale des ersten und zweiten Drehwinkelgebers zur Erläuterung der Fehlermöglich

keit, die in der Nähe des Wechselpunktes der Periodenanzahl (Umdrehungsanzahl) auftritt, dargestellt sind,

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Prinzips eines verbesserten Ausführungsbeispiels der arithmeti

schen Signalverarbeitung gemäß Fig. 2,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das ein elektronisches Signalverarbeitungssystem eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, in dem als Drehwinkelgeber ein Drehwinkeldetektor nach dem

Prinzip variabler Reluctanz verwendet ist,

Fig. 6a einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit drei Drehwinkeldetektoren gemäß Fig. 5, -

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Fig. 6b einen Radialschnitt durch einen der Detektoren aus Fig. 6a,

Fig. 7a, 7b, 7c ein Diagramm, in dem die Werte der Ausgangssignale der drei Drehwinkelgeber gemäß Fig. 1 dargestellt sind, wobei auf der horizontalen Achse eine absolute Lage der Hauptwelle und auf der vertikalen Achse der des Ausgangssignals aufgetragen ist,

Fig. 7d ein Diagramm, in dem der Wert der Differenz zwischen den AusgangsSignalen des ersten und

zweiten Drehwinkelgebers dargestellt ist, wobei auf der horizontalen Achse die absolute Lage der Hauptwelle und auf der vertikalen Achse der Wert der Differenz aufgetragen ist,

Fig. 7e ein Diagramm, in dem der Wert der Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und dritten Drehwinkelgebers dargestellt ist, wobei auf der horizontalen Achse die absolute Lage der Hauptwelle und auf der vertikalen Achse der Wert der Differenz aufgetragen ist,

Fig. 8 einen Radialschnitt entsprechend Fig. 6b durch ein Ausführungsbeispiel eines absoluten Drehwinkelgebers, dessen wechselndes Ausgangssignal während einer Umdrehung mehrere Perioden durchläuft und

Fig. 9 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel/ in dem die Erfindung durch Anwendung von absoluten Positionsdetektoren des linearen Typs ausgeführt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird im folgenden zunächst das Prinzip der Erfindung beschrieben Fig. 1 zeigt ein Beispiel, in dem die absolute Lage der Hauptwelle innerhalb mehrerer Umdrehungen festgestellt werden kann, in dem drei absolute Drehwinkelgeber REi, RE2 und RE3 als Detektoren verwendet werden. Die Drehwinkelgeber RE1 bis RE3 geben jeweils die Drehwinkelmeßsignale als elektrische Signale aus, die den Drehwinkel innerhalb einer Umdrehung des betreffenden (nicht dargestellten) Rotors mit absoluten Adressen mit einer Genauigkeit von einem N-tel einer Umdrehung (N ist eine ganze Zahl) beschreiben. Der erste Drehwinkelgeber RE1 ist mit der Hauptwelle verbunden, um die Rotation der Hauptwelle zu messen. Die Drehung, die das Meßobjekt darstellt, wird auf die Hauptwelle übertragen. Ein Zahnrad 1 mit η - 1 Zähnen (n ist eine ganze Zahl) ist auf der Welle des ersten Drehwinkelgebers RE1 montiert und ist im Eingriff mit einem auf der Welle des zweiten Drehwinkelgebers RE2 montierten Zahnrades 2 mit η Zähnen. Der Weite Drehwinkelgeber RE2 weist ein weiteres Zahnrad 3 auf, das η + 1 Zähne hat und das mit einem auf der Welle des dritten Drehwinkelgebers RE3 montierten Zahnrades mit η Zähnen im Eingriff ist.

Eine Drehung der Hauptwelle bewirkt dementsprechend eine Umdrehung des Drehwinkelgebers RE1 (n - 1)/n Umdrehungen des Drehwinkelgebers RE2 und (n - 1)

2
(n + 1)/n Umdrehungen des Drehwinkelgebers RE3.

Es sei vorausgesetzt, daß die Ausgangssignale D₁, D^ und D₃ die Drehwinkelpositionen (absolute Adressen innerhalb einer Umdrehung der Rotoren)", die durch die jeweiligen Drehwinkelgeber RE1, RE2 und RE3 gemessen sind, wiedergeben. Das Ausgangssignal D ist dann, wenn die Hauptwelle eine Umdrehung vollzogen hat, gleich N (N, das eine maximale Drehwinkellage kennzeichnet, ist äquivalent zu 0), während D_ und D₃ wie folgt definiert sind:

D₁ = N

D₂ = N(n - 1)/n f (1)

D₃ - N(n - 1) (n + 1)/n²

Die Ausgangssignale D₁ bis D_der Drehwinkelgeber RE1, bis RE3 ändern sich jeweils innerhalb definierter Perioden entsprechend der Verlagerung der Hauptwelle (Drehwinkel-Verlagerung ausgehend von der Ausgangslage über mehrere Umdrehungen) und die Verlagerungsbeträge der Hauptwelle, die diesen Perioden (Drehwinkel innerhalb einer Umdrehung oder mehr) entsprechen, sind je nach Drehwinkelgeber RE1 bis RE3 verschieden.

Speziell beträgt der Verlagerungsbetrag Pl, das ist der Drehwinkel der Hauptwelle entsprechend einer Periode des ersten Drehwinkelgebers RE1 2π Radian (d.h. eine Umdrehung), der Verlagerungsbetrag P2, das

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ist der Drehwinkel der Hauptwelle entsprechend einer Periode des zweiten Drehwinkelgebers RE2 beträgt η·2π/ (η - 1) Radian (d.h. (η - T)/η Umdrehungen) und der Verlagerungsbetrag P3, das ist der Drehwinkel der Hauptwelle entsprechend einer Periode des dritten

Drehwinkelgebers RE3 beträgt η ·2π/(η - 1)·(η + 1)

2 Radian (d.h. (η - 1)·(η + 1)/η Umdrehungen).

Die Figuren 7a, 7b und 7c zeigen den periodischen Wechsel der Ausgangssignale D₁ bis D-der Drehwinkelgeber RE1 bis RE3. Die horizontale Achse stellt die Lage der Hauptwelle dar bzw. ihren absoluten Drehwinkel ausgehend von der Ausgangslage bis zu mehrfachen Umdrehungen, während die vertikale Achse die Werte der Ausgangssignale D₁, D₂ und D- darstellt. Wenn die Hauptwelle an einer bestimmten absoluten Position angehalten wird (d.h. bei einem absoluten Drehwinkel), werden die Ausgangssignale D. bis D~, die dieser Position entsprechen, von den Drehwinkelgebern RE1 bis RE3 jeweils ausgegeben. Wie aus Fig. 7 zu entnehmen ist, sind die Werte der Ausgangssignale D₁ bis D₃ immer innerhalb einer Periode. Jedenfalls erzeugen die Werte der Ausgangssignale D. bis D₃ eine partikuläre Kombination gemäß der auf der horizontalen Achse in Fig. 7 angegebenen absoluten Positionen, da die Verlagerungsbeträge (Drehwinkel) der Hauptwelle entsprechend einer Periode der Ausgangssignale D₁ bis D- verschieden untereinander sind. Speziell bestimmt eine partikuläre Kombination der Ausgangssignale D₁ bis D_ allein die Anzahl der Perioden des Ausgangssignals D₁ des ersten Drehwinkelgebers RE

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- ZU.

(d.h. die absolute Umdrehungszahl der Hauptwelle/ gezählt von der Ausgangslage), die exakt der Rotation der Hauptwelle entspricht. Selbstverständlich wird eine solche Bestimmung nicht nur mit den momentanen Werten der Ausgangssignale D₁ bis D- durchgeführt, sondern auch mit den (konstanten)Zahlenwerten, die sich auf die Verlagerungsbeträge (oder ihre Differenzen) der Hauptwelle beziehen, die den betreffenden Perioden der Ausgangssignale D₁ bis D₃ entsprechen und die die Differenzen in diesen Signalen verursachten. Die absolute Lage der Hauptwelle kann durch Kombination der auf diese Weise erhaltenen Periodenanzahl des Ausgangssignals D₁ des ersten Drehwinkelgebers RET und dem momentanen Wert des Ausgangssignals D₁ identifiziert werden.

Die Periodenanzahl des Ausgangssignals D₁ des ersten Drehwinkelgebers REl kann mit einer algebraischen oder mathematischen Methode bestimmt werden, indem die Momentanwerte der Ausgangssignale D₁ bis D₃ und die Zahlenwerte, die sich auf die Verlagerungsbeträge der Hauptwelle beziehen und jeweils einer Periode der Ausgangssignale D₁ bis D₃ entsprechen, bestimmt werden (d.h. die Zahlenwerte, die sich auf das übersetzungsverhältnis der Bewegung der Hauptwelle in Relation zu den Drehwinkelgebern RE1 bis RE3 beziehen). Von allen Möglichkeiten der Arbeitsweise für diesen Zweck ist hinsichtlich der Verarbeitungszeit und der Rechenschaltkreiskonfiguration die Arbeitsweise am meisten effizient,

die Konstanten verwendet, die sich auf die Differenzen zwischen einer Periode des ersten Drehwinkelgebers RE1 und einer Periode der anderen Drehwinkelgeber RE2 und RE3 und auf die Differenzen zwischen dem Momentanwert des ersten Drehwinkelgebers RE1 und den Momentanwerten der anderen Drehwinkelgeber RE2 und RE3 beziehen. Zum Beispiel kann die Konstante mit einer Periode des ersten Drehwinkelgebers RE1 als Basis bestimmt werden/ indem die Änderungsbetrage der Ausgangssignale D und D- der anderen Drehwinkelgeber RE2 und RE3 berücksichtigt werden, die dem Verlagerungsbetrag der Hauptwelle entsprechen, der einen Wechsel des Ausgangssignals D₁ des ersten Drehwinkelgebers RE1 pro Periode verursacht (deshalb

15' Verlagerung einer Umdrehung).

Speziell können die Differenzen der Ausgangssignale (D₁ - D₂) und (D. - D-) zwischen dem Ausgangssignal D₁ des ersten Drehwinkelgebers und den entsprechenden Ausgangssignalen D₂ und D₃ der anderen Drehwinkelgeber als Konstanten verwendet werden, da die Werte der Ausgangssignale D₂ und D_ der Drehwinkelgeber RE2 und RE3, die der Änderung in einer Periode (einer Umdrehung der Hauptwelle) des Ausgangssignals D₁ des ersten Drehwinkelgebers RE1 entsprechen, bekannt sind.

So kann die Differenz D.„ = D₁ - D- zwischen den Ausgangssignalen D₁ und D₂ des ersten und zweiten Drehwinkelgebers RE1 und RE2 für eine Umdrehung

der Hauptwelle, das ist eine Periode von REI₇ mit Gleichung (2) wie folgt beschrieben werden:

Der Änderungsbetrag von D₂
pro Umdrehung der Hauptwelle (eine Periode von RE1) = N/n (2)

Daher kann die absolute Umdrehungszahl R der Hauptwelle, gezählt von der Ausgangslage (oder die Periodenanzahl des Ausgangssignals D₁ des Drehwinkelgebers RE1), durch Division der Differenz D₁₂ zwischen den momentanen AusgangsSignalen D₁ und D₂ der Drehwinkelgeber RE1 und RE2 durch die Konstante N/n, die die Differenz D₁₂ pro Umdrehung darstellt, wie folgt erhalten werden. ■ Die Ausgangs lage bedeutet hier die Stelle, an der die Ausgangssignale D₁, D_ und D-der Drehwinkelgeber RE1, RE2 und RE3 alle Null betragen.

R_x = D₁₂ τ N/n (3)

wobei

D = D - D (4)

Die geringfügige Differenz D. - D kann eine negative Zahl sein, da die Ausgangssignale D₁ und D₂ mit der Umdrehung η-mal wechseln und die Änderungsrate von D aufgrund eines Verhältnisses von (n - 1)/n geringer.ist als von D₁. Wenn die geringfügige Differenz D₁ - D₂ negativ ist, kann N hinzuaddiert werden, so daß D₁- immer die effektive Differenz

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zwischen D.. und D₃ darstellt. Praktisch braucht jedoch N nicht ausdrücklich hinzuaddiert zu werden! Bei der Durchführung der Berechnung D₁ - D. unter Anwendung des Komplements von - D₂ mit* N als übertrag und unter Ausschluß des Vorzeichens ergibt sich die effektive Differenz D₁₂' ^*^{6 mit e}*^ner Addition mit N äquivalent ist. Der Wert der effektiven Differenz D₁₂ in Abhängigkeit von der absoluten Lage der Hauptwelle ist in Fig. 7d gezeigt.

Das absolute Drehwinkelmeß-Ausgangssignal nach mehrfachen Umdrehungen ergibt sich, indem der sich aus Gleichung (3) ergebende ganzzahlige Anteil der absoluten Umdrehungszahl R kombiniert wird mit dem Drehwinkelmeßausgangssignal D₁ des ersten Drehwinkelgebers RE1 (d.h. durch Weglassen des Dezimalteils von R und durch Ersatz mit D₁ anstelle des Dezimalteils) .

Wenn die absolute Umdrehungszahl R der Hauptwelle (d.h. die Periodenanzahl des Ausgangssignals D₁ des ersten Drehwinkelgebers (RE1) η erreicht/ wird die Differenz D₁₂ N (Q), wobei eine darüber hinausgehende Messung der absoluten Umdrehungszahl unmöglich wird (siehe Fig. 7). Daraus folgt, daß der erste und der zweite Drehwinkelgeber RE1 und RE2 lediglich bis zu η Umdrehungen messen können (n Perioden von RE1). Der dritte Drehwinkelgeber RE3 ist deshalb vorgesehen, um den absoluten Positionsmeßbereich zu erweitern. Insbesondere ist der dritte Drehwinkelgeber RE 3 vorgesehen, um

die Periodenanzahl dieses periodischen Signals zu ermitteln, wodurch der absolute Positionsmeßbereich ausgedehnt wird, da die auf der Basis der Differenz D^₂ zwischen den Momentanwerten von D₁ und D_ erhaltene Umdrehungszahl R (oder die Periodenanzahl von RE1) ein periodisches Signal ist, das eine Periode eines bekannten Wertes η hat.

Nach Gleichung (1) kann die Differenz D₁- = D. - D zwischen den Ausgangssignalen D. und D- des ersten. und des dritten Drehwinkelgebers pro Umdrehung der Hauptwelle (eine Periode von RE1) wie folgt angegeben werden:

Der Änderungsbetrag von D₁-

je Umdrehung der Hauptwelle = N/n (5)

Nach Gleichung (3) und (5) kann die Relation zwischen den Änderungen von D₁- und D₁- pro Umdrehung der Hauptwelle (eine Periode von RE1) wie folgt angegeben werden:

D₁₃ = D₁₂/n (6)

Wie gezeigt werden kann, ändert sich die Differenz D mit der Drehung der Hauptwelle mit einem n-tel der Rate, mit der die Differenz D._ sich ändert.

Auch ist aus Gleichung (5) bekannt, daß bei Division der Differenz D.- zwischen den momentanen Ausgangs-Signalen D₁ und D des ersten und des dritten Drehwinkelgebers RE1 und RE3 direkt durch die obige Konstante N/n , die die Differenz D- pro Umdrehung

darstellt, die absolute Ümdrehungsanzahl (oder die Perioden;

gezeigt:

Periodenanzahl von RE1) R¹ ergibt, wie im folgenden

^RIk ^{= D}13 *

Jedenfalls hat die Berechnung der Gleichung (7) eine geringere Auflösung und der Fehler in D₁- hat einen relativ großen Einfluß auf R¹ , da der Divisor in der Gleichung (7) ein n-tel von dem in Gleichung (3) beträgt. Entnimmt man jedenfalls aus Gleichung (6) den Wert N/n von D₁₃, wenn D₃ den Höchstwert N (0) erreicht, und dividiert man die Differenz D₁₃ durch N/n führt dies zu

R_y = D₁₃ * N/n (8)

R erreicht die gleiche Genauigkeit wie R in Gleichung (3). Jetzt führen die Gleichungen (7) und (8) zu folgender Gleichung:

R'_x = R_y · η (9)

Man kann daraus schließen, daß der Wert R , der sich aus Gleichung (8) ergibt, ein n-tel des Wertes R¹

oder die absolute Umdrehungszahl (Periodenanzahl von RE1) ist, so daß R ein Wert ist, der jedesmal, wenn die Hauptwelle η Umdrehungen ausgehend von der Ausgangslage (d.h. alle η Perioden von RE1 oder alle η Perioden von R ) ausgeführt hat, zunimmt. Andererseits zeigt der von Gleichung (3) auf der Basis der Differenz D₁₂ erhaltene Wert R nicht die absolute Umdrehungszahl (die Perioden von RE1 oder D.) an, die über n,

wie zuvor erwähnt, hinausgehen, sondern zeigt die Werte \ von 0 bis η bezüglich der Umdrehungszahlen, die über U η hinausgehen (exaker n-1, da η äquivalent zu 0 ist), * wiederholt an. Deshalb kann die aboslute Umdrehungszahl
(Periodenzahl von RE1 oder D₁) in einem weiten Bereich V durch Komination des ganzzahligen Teils von R , der
sich aus Gleichung (8) als die größere absolute Umdrehungsanzahl (Periodenzahlenwert) mit η absoluten Um- " drehungen (n Perioden von D₁) als Einheit ergibt, und j; dem ganzzahligen Teil von R , der sich aus Gleichung J\

Ji - - _i

(3) als die geringere absolute Umdrehungsanzahl (Pe- '^lk riodenzahlenwert) einer absoluten Umdrehung (einer S₅ Periode von D₁) als Einheit ergibt, wiederholt angemessen < werden. Namentlich R zeiqt die Periodenanzahl von D₁ mit ?

dem Modul η an und desweiteren zeigt R die Periodenanzahl

von R mit dem Modul η an. Daher kann die absolute

Ji

Umdrehungszahl (Anzahl der Perioden von D₁) R^J , die
durch diese Kombination erhalten wird, wie folgt ausgedrückt werden:

R'_x - R_y · η + R_x (io)

mit Bezug auf Gleichung (8),
D₁₃ = D₁ - D₃ (11)

Die geringfügige Differenz D - D_ kann ähnlich D
der Gleichung (4) eine negative Zahl sein. In diesem
Fall wird als effektive Differenz die geringfügige
Differenz D₁ - D_ addiert mit N verwendet, aber in
der praktischen Berechnung braucht N nicht ausdrück-

lieh addiert zu werden, wie im Fall von D₁₉. Wenn die

• 2
absolute Umdrehungszahl R¹ der Hauptwelle η beträgt,

Ji

ist die Differenz D₁₃ aus Gleichung (5) N (0), so daß
keine weitere Messung der absoluten UmdrehungszahImög-

lieh ist. Auf diese Weise ist durch Hinzufügung des dritten Drehwinkelgebers RE3 der absolute Umdrehungs-

anzahlmeßbereich erweitert auf η Umdrehungen. Fig. 7e zeigt die effektive Differenz D>₃ in Abhängigkeit von der absoluten Lage der Hauptwelle. Wie gezeigt werden kann, entsprächt eine Periode von D₁* η (32) Perioden

von D₁ und eine Periode von D₁₃ entspricht η (1024) Perioden von D .

Die obige Beschreibung macht verständlich, daß die Anwendung von mehr als drei Drehwinkelgebern den absoluten Lagenmeßbereich noch weiter ausdehnen kann. Wenn beispielsweise ein vierter Drehwinkelgeber hinzugefügt wird, kann das übersetzungsverhältnis der Hauptwellenbewegung so gewählt werden, daß eine Periode der Differenz D₁₄ zwischen dem Ausgangssignal D₄ des vierten Drehwinkelgebers und dem Ausgangssignal D₁ des ersten Drehwinkelgebers RE1 einem Vielfachen der Perioden von D₁₃ entspricht. So kann die Periodenanzahl von D₁-. oder der Perioden von R unter Anwendung von D₁₄ erhöht werden. Auf diese Weise können mehrere Drehwinkelgeber vorgesehen sein, so daß ihre jeweiligen Perioden unterschiedlichen Verlagerungsbeträgen eines Meßobjektes entsprechen* Pur diesen Zweck muß grundsätz lich die Bedingung Pi < ... P5 < P4 < P3 < P2 erfüllt sein, wobei P1 der Verlagerungsbetrag des Meßobjektes (Hauptwelle) pro Periode des ersten Drehwinkelgebers RE1 ist, der einen Referenzwert darstellt (P1 ist 2π Radian in dem obigen Fall) und P2, P3, P4, P5 ... die Verlagerungsbeträge des Meßobjektes (Hauptwelle) für jeweils eine Periode des zweiten, dritten, vierten, fünften, 'usw. Drehwinkelgebers RE2, RE3, .... sind

(P2 ist (η/ (η - 1))·2ιτ Radian und P3 ist (n²/(n - T) (n + 1)·2π Radian im obigen Fall).

Wie oben beschrieben, kann die absolute Drehwinkelposition über mehrfache Umdrehungen innerhalb des Bereiches ausgehend von der Ausgangslage bis zu η Umdrehungen gemessen werden, indem die Berechnung der Gleichung (3) und (8) auf der Basis der von den drei Drehwinkelgebern RE1, RE2.und RE3 ausgegebenen absoluten Drehwinkelpositionsmeß-Ausgangssignalen D₁, D_ und D_ innerhalb einer Umdrehung (kürzer als eine Periode), ausgeführt werden. Das Format dieser absoluten Drehwinkelpositionsmeß-Signale besteht aus"~D -, R und R , wobei das Ausgangssignal D₁ des ersten Drehwinkelgebers REl das geringste Signifikate Gewicht aufweist, R , erhalten aus der Gleichung (3),

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weist ein signifikanteres Gewicht gegenüber D₁ auf und R , erhalten aus Gleichung (8), weist ein signifikanteres Gewicht gegenüber R auf. Deshalb können die absoluten Drehwinkelpositionsmeß-Signale, die aus den Kombinationen dieser drei Zahlenwerte bestehen, die

2 absolute Drehwinkelposition bis zu η Umdrehungen mit einer Genauigkeit von einem N-tel einer Umdrehung anzeigen. Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Basisschaltkreiskonfiguration zeigt, die die Berechnung der Gleichung (3) und (8) ausführt, und die einen Subtrahierer 6 und Dividierer 7 und 8 enthält.

Die Konstanten N und η können auf geeignete Weise bestimmt werden, aber N ist üblicherweise ein relativ großer Wert, um eine erhöhte Genauigkeit zu erreichen und η ist vorzugsweise auch als relativ großer

Zahlenwert gewählt, um einen ausgedehnten Meßbereich zu erhalten. Jedenfalls, wenn η zu nahe an N ist, wird der Divisor N/n der Gleichungen (3) und (8) klein, so daß die Genauigkeit, mit der R und R bestimmt

χ y

werden können, abnimmt, η ist auch vorzugsweise ein Divisor von N, da dies bei der Berechnung zweckmäßig ist. Als bevorzugtes Beispiel können die Konstanten

N und η so bestimmt werden, daß N = η ist. Mit N = 1024 und η = 32 kann die absolute DrehwinkeIposition beispielsweise mit einer Genauigkeit von einem 1024-tel einer Umdrehung (einer Periode von REI) innerhalb eines Bereiches von 1024 Umdrehungen (1024 Perioden von RE1) gemessen werden.

Während in dem obigen Beispiel die Umdrehungsgeschwindigkeit in einem Verhältnis von η zu η -1 vom ersten Drehwinkelgeber RE1 zum zweiten Drehwinkelgeber RE2 abnimmt und in einem Verhältnis von η zu η + 1 vom zweiten Drehwinkelgeber RE2 zum dritten Drehwinkels geber RE3 zunimmt, kann die Umdrehungsgeschwindigkeit umgekehrt gewählt werden, um in einem Verhältnis von η - 1 zu η von RE1 zu RE2 zuzunehmen und in einem Verhältnis von η + 1 zu η von RE2 zu RE3 abzunehmen. In diesem Fall können die Gleichungen, wenn sie nicht identisch mit den Gleichungen (1) bis (11) sind, sofort analog zu diesen Gleichungen gebildet werden und sie werden deshalb hier nicht weiter beschrieben. Das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeiten der Drehwinkelgeber RE1,RE2 und RE3 untereinander ist nicht beschränkt auf η - 1 zu η und η + 1 zu n, sondern kann η - a zu η oder η + a zu η sein, wobei vorgesehen ist, daß a klein genug ist in Relation

zu η und a ein Divisor von η ist. In diesem Fall muß der Divisor in den Gleichungen (3) und (8) a-N/n sein.

Die Kombination des Drehwinkelgeber-Ausgangssignals D₁ mit den absoluten Umdrehungszahlen R und R , die leicht aus den Gleichungen (3) und (8) erhalten werden, kann zu folgendem Fehler führen. Als Beispiel zeigt jede der Fign. 3a bis 3c die Werte der Drehwinkelgeber-Ausgangssignale D₁ und D- zu einem Zeitpunkt, in dem die Hauptwelle ihre erste Umdrehung beendet hat und ihre zweite beginnt, mit N = 1024 und η = 32. Fig. 3a zeigt einen Fall, in dem kein Fehler in den Drehwinkelgeber-Ausgangssignalen D₁, D_ und D zu erkennen ist. Fig. 3b zeigt einen Fall, in dem D₂ "voreilt" und Fig. 3c zeigt einen Fall, in dem D₂ "nacheilt". Selbst in normalen Fällen,, wie in Fig. 3a gezeigt, ergibt sich aus D₁ - D_ "32 d.h. n" in einem Teilbereich unmittelbar vor dem Wechsel der Umdrehungszahl, d.h. eine neue Umdrehung wird begonnen, und in diesen Bereichen ist die Umdrehungsanzahl R , die aus Gleichung (3) erhalten wird, 1, was nicht korrekt ist. Der Grund hierfür wird im folgenden beschrieben. Während sich der Wert D - D₂ kontinuierlich ändert, wenn D und D₂ sich jeweils ändern, macht der Wert D₁ - D₀ theoretisch eine stufenartige Änderung für alle η Schritte von D₁. Darüber hinaus sind die stufenartigen Änderungen zwischen D₁ und D₉ verschieden und der Abstand zwischen ihren Änderungen wird allmählich breiter. Während einer theoretischen stufenartigen Änderung von D - D_ (d.h. η Änderungen von D₁), bleibt der aktuelle Wert von D₁ - D₂ nicht der gleiche, sondern alterniert den theoretischen

Wert mit diesem theoretischen Wert addiert mit 1. Der theoretische Wert addiert mit 1 kommt häufiger vor, wenn die Umdrehung fortschreitet bis der aktuelle Wert von D. - D_ sich zum theoretischen Wert än~ dert .(theoretischer Wert des vorhergegangenen Schrittes addiert mit 1), wenn die theoretische stufenartige Änderung zur nächsten Stufe fortschreitet. Auf diese Weise kann D₁₂ in dem Bereich von ⁹⁹² 5, ^Di 1 ¹⁰²³ (generell: N - η < D < N - 1), wobei der theoretische Wert von D₁₂ von 31 zu 32 wechselt, η = 32 sein, wie in Fig. 3a zu sehen ist. Obwohl beispielsweise die Kombination von D₁ = 1023 und D₂ = 991, tatsächlich der 1023. Adresse in der ersten Umdrehung (R =0) entspricht, ergibt die alleinige Anwendung der Gleichung (3) deshalb R = 1, da

Ji

D₁₂ = 32 ist, wodurch irrtümlich die Drehwinkelposition an der 1023. Adresse der zweiten Umdrehung zugeordnet wird. In den Fällen, in denen ein Fehler, wie in Fig. 3b gezeigt, entstanden ist, ergibt die einfache Anwendung der Gleichung (3) für D₁ gleich 0 und D₀ = 992, als Beispiel, R = 1, wodurch die absolute Umdrehungsposition korrekt der 0. Adresse in der zweiten Umdrehung zugeordnet wird, aber für D₁ = 0 und D₉ = 993 ergibt die Gleichung (3) R =0,

I b Ji

wodurch irrtümlich die absolute Umdrehungsposition der Oten Adresse der ersten Umdrehung zugeordnet wird. In den Fällen, in denen ein Fehler, wie in Fig. 3c gezeigt, entstanden ist, ergibt die einfache Anwendung der Gleichung (3) für D. =1023 und D = 990 R = 1, wobei irrtümlich die 1023. Adresse der zweiten

Umdrehung zugeordnet wird anstelle der korrekten Zuordnung -der 1023. Adresse in der ersten Umdrehung.

Um solche fehlerhaften Berechnungen zu korrigieren, wird D₁₂ in der Gleichung (3) in Abhängigkeit von der Umdrehungsposition der Hauptwelle geändert, d.h. das Ausgangssignal D₁ des Drehwinkelgebers re1 wird wie folgt geändert:

Wenn 0

< D₁ < 511 (generell: 0 < D₁ < N/2-1),

R_x = (D₁₂ + k) τ I (3-1), und

wenn 512 < D₁ < 1023 (generell: N/2 < D₁ < N-1) ^Rx = <^D12 - ^k> Ί ^²*'

in der k eine geeignet gewählte ganze Zahl ist, entsprechend dem Bereich des erlaubten Fehlers. Wo zum Beispiel Fehler bis zu acht Einheiten erlaubt sind, ist k = 8.

Durch Änderung der Gleichung (3) in Gleichung (3-1) oder (3-2) kann eine derartige falsche Berechnung wie folgt korrigiert werden: In dem in Fig. 3a gezeigten Fall wird zunächst die Gleichung (3-2) angewandt, da der Drehungswinkel unmittelbar vor dem Wechsel in der Umdrehungsanzahl innerhalb des Bereiches von 512 < D₁ < 102 3 ist, wobei die Differenz von D₁ - D₂ = D₁₂ und die Konstante k (d.h. 8) durch die Konstante N/n dividiert werden. Auf diese Weise ist für D. = 1023 und D₂ = 991, beispielsweise R_x = 0, da D₁₂ - k = 1023 - 991 - 8 = 24 ist, so daß die korrekte 1023» Adresse sich in der ersten Um- . drehung ergibt. In dem Bereich 0 < D < 511, in dem

in Fig.· 3a gezeigten Fall, wird die Gleichung (3-1) verwendet, wodurch zum Beispiel für D=O und

32A 6959

D₂ = 992, R_x = 1 wird, da D₁₂ + k = 1024 - 992 + 8 = 4Ü ist, so daß die korrekte Umdrehungsposition ohne Fehler bestimmt wird. Im Fall von Fig. 3b wird die Gleichung (3-1) im Fehlereinflußbereich unmittelbar nach dem Wechsel in der Umdrehungszahl angewendet, wodurch beispielsweise für D. = 0 und D- = 993, R = 1 wird, da D₁₂ + k = 1024 - 993 + 8 = 39 ist, so daß die korrekte Lage bestimmt wird. Im Bereich,der frei von Fehlern ist, können die Gleichungen (3-1) oder (3-2) ebenfalls verwendet werden, um die korrekte Lage zu. bestimmen. In dem in Fig. 3e gezeigten Fall wird im Fehlereinflußbereich unmittelbar vor dem Wechsel der Umdrehungszahl die Gleichung (3-2) angewandt, wodurch beispielsweise für D₁ = 1023 und D_ = 990, R=O wird, da D₁. - k = 1023 - 990 - 8 = 25 ist, so daß die korrekte Lage bestimmt ist. Im Bereich ohne Fehlereinfluß können die Gleichung (3-1) oder (3-2) auch verwendet werden, um die Lage korrekt zu bestimmen.

0 Eine falsche Berechnung, ähnlich der bezüglich D₁₂, die unmittelbar vor oder nach dem Wechsel in der Umdrehungszahl auftreten kann, kann hinsichtlich D₁₃ ebenfalls beobachtet werden. Eine solche falsche Berechnung bezüglich D- kann jedenfalls unmittelbar vor oder hinter einem Übertrag von D₁- (d.h. Wechsel von D₁₂ von N - 1 zu N = 0) auftreten. D₁₃ ist in Gleichung (8) zur Korrektur einer solchen falschen Berechnung daher wxe in dem obigen Fall entsprechend dem Bereich von D wie folgt

3D geändert:

BAD OFIiQINAL

Wenn O

< D₁₀ < 511 (generell: O < D₁ -< N/2 - 1)

— I Δ — — I Δ —

Ry ^{= (D}13 ^{+ k)} * ^Ν/η

wenn

512 < D₁₀ < 1023 (generell N/2 < D₁₀ < N - 1)

"~ I Δ ~ —* I Δ —

R_y » (D₁₃-Ic) τ Ν/η (8-2)

Der in Fig. 2 gezeigte Schaltkreis kann, wie in Fig. gezeigt, modifiziert werden, um die Gleichungen (3-1), (3-2), (8-1) und (8-2) auszuführen. In dem in Fig. gezeigten Schaltkreis sind jeweils Addierer 9 und zwischen den Subtrahierern 5 und 6 und den Dividierern 7 und 8 vorgesehen. Die Komparatoren 11 und 50 ermitteln die Bereiche, zu denen D₁ und D„ gehören und öffnen entweder das Gatter 12 oder 13 und entweder das Gatter 51 oder 52 in Abhängigkeit von den ermittelten Bereichen, um die Addierer 9 und 10 ein Signal + k oder - k zuzuführen, wodurch k zu den Ausgangssignalen D₁₀ und D₁- addiert wird oder von D₁- und D₁₃ subtrahiert wird. Der Bereich von D₁, in dem die Gleichungen (3-1), (3-2), (8-1) und (8-2) angewandt werden, können selbstverständlich auf einen relativ engen Bereich unmittelbar vor oder nach dem Wechsel der Umdrehungszahl begrenzt werden, indem die Gleichungen (3) und (8) in den anderen Bereichen verwendet werden.

in einem Fall, in dem überhaupt kein Fehler in den Drehwinkelgeber-Ausgangssignalen U₁ ,u~ und D, vorhanden ist,tritt keiner der in den Fign. 3b und 3c

BAD ORIGINAL

gezeigten Fehler auf und lediglich der in Fig. 3a gezeigte Fehler muß berücksichtigt werden. Für diesen Zweck wird beurteilt, ob D₁ zu dem .Bereich 0 < D₁ <N-n oder N-n < D₁ < N-1 gehört. Wenn D₁ zu dem ersteren gehört, wird die obige Formel 3 direkt benutzt, während, wenn D₁ zum letzteren gehört, wird anstelle von D₁₂ D₁₂ -1 in Formel (3) verwendet.Entsprechend wird bei D₁₃ beurteilt, ob D₁₃ in den Bereich O<D₁₂< N-n oder in den Bereich W-n £ D₁₂<_N-1 gehört und die Formel (8) wird entsprechend direkt verwendet oder D₁₃-I wird anstelle von D₁₃ verwendet.

Als Drehwinkelgeber REl, RE2 und RE3 können beliebige absolute Geber, wie zum Beispiel ein ■ Resolver und ein Phasenverschiebungsdrehwinkeldetektor des variablen magnetischen Reluktanztypes, wie in der Beschreibung der US-Patentanmeldung 311,277 und der DE-OS 31 41 015 beschrieben, verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel _t in dem dieser variable magnetische Reluktanz-phasenverschiebungsdrehwinkeldetektor, der in den oben angeführten Anmeldungen beschrieben ist, angewendet wird, um die vorliegende Erfindung auszuführen, ist in den Fi gn. 5 und 6 gezeigt.

Nach Fig. 5 bezeichnen VREI, VRE2 und VRE3 jeweils Detektorkopfteile des variablen magnetischen Reluktanz-Phasenverschiebungsdrehwinkeldetektors, die jeweils den Detektorkopfteilen RE1, RE2 und RE3 in Fig. 1 entsprechen. Fig. 6a ist ein Axialschnitt, der den Aufbau von VRE1, VRE2 und VRE3

zeigt und Fig. 6b ist ein Radialschnitt des Dekektorkopfes VRE1 . In Fig. 6a ist der erste Detektorkopf im Schnitt gezeigt, während der zweite und der dritte Detektorkopf VRE2 und VRE3 als Seitenansieht gezeigt sind. Der Durchmesser der Detektorköpfe VRE2 und VRE3 beträgt etwa die Hälfte des Detektorkopfes VRE1. Ein Rotor 15 von VRE1 ist auf der Hauptwelle 14 befestigt. Ein Zahnrad 16 ist an dem einen Ende der Hauptwelle 14 vorgesehen. Das Zahnrad 16 ist im Eingriff mit einem Zahnrad 17, das auf einer Rotationswelle 20 von VRE2 vorgesehen ist. Ein Zahnrad 18 ebenfalls auf der Rotationswelle 20 vorgesehen, ist im Eingriff mit einem Zahnrad 19 auf der Rotationswelle von VRE3. Die Zähnezahlen der Zahnräder 16,17,18 und 19 betragen n,n-1,n+ und n, das sind die gleichen Zahlen wie in den Zahnrädern 1,2,3 und 4 in Fig. 1

22 bezeichnet ein Gehäuse des Detektorkopfes VRE1,

23 und 24 bezeichnen Lager und 25 einen Statorkern

von VRE1. Wie in Fig. 6b gezeigt, weist der Detektorkopf VRE1 Pole A, B,C und D im Stator 25 , Primärwicklungen 2A-2D, Sekundärwicklungen 3A, 3D die um die jeweiligen Pole A-D gewickelt sind. Der Rotor 15 ist derartig gestaltet, zum Beispiel als exzentrische Welle, daß er in der Lage ist, die Reluktanz eines jeden Poles in Abhängigkeit vom Drehwinkel zu ändern. Indem Primärwicklungen 2A und 2C der Pole A und C, die ein Polpaar in radialer Richtung bilden, von einem Sinussignal erregt werden und indem Primärwicklungen 2B und 2D der Pole B und D, die ein anderes Polpaar bilden, von einem Kosinuswellensignal erregt werden, wird das folgende Signal als

32 A 6

ein zusammengesetztes Ausgangssignaly der Sekundärwicklungen 3A-3D erhalten. Die anderen Detektorköpfe VRE2 und VRE3 sind gleicher Konstruktion und folgende AusgangssignaIe werden als Sekundärausgangssignale und Y_ erhalten:

= sin (wt = sin (wt -

Y₃ = sin (ut -

(12)

θ₁, θ_? und θ- sind Drehwinkel der Rotationswellen 14, 20 und 21 der Detektorköpfe VREI bis "VRE3. Die Ausgangssignale Y₁, Y₂ und Y_ ergeben sich durch Phasenüberlagerung eines Referenzwechselstromsignals sin wt mit Phasenwinkeln, die den jeweiligen Drehwinkeln entsprechen. Die absoluten Zahlenwerte D₁, D» und D₃, die Drehwinkelpositionen innerhalb einer einzigen Umdrehung darstellen, können entsprechend berechnet

t werden, indem jeweils die. Phasendifferenzen θ₁, θ₂ und Θ-. zu diesen Ausgangssignalen Y₁ , Y„ und Y., gemessen werden.

In Fig. 5 zählt ein Zähler 27 einen Ausgangstaktimpuls des Taktoszillators 26. Ein Teil des Zählausgangssignals wird einem Sinuswellengenerator 28 und einem Kosinuswellengenerator 2 9 zugeführt. In Abhängigkeit von dem Zählausgangssignal wird ein Sinuswellensignal sin wt und ein Kosinuswellensignal cos tot, die mit dem Zählausgangssignal synchronisiert sind, erzeugt.' Diese Signale werden den Primärwicklungen der Detektorköpfe VRE1 bis VRE3 zugeführt, wie zuvor

beschrieben. Die Ausgangssignale Y., Y₂ und Y_ der Sekundärwicklung werden einem Gatterschaltkreis 30 zugeführt. Der Gatterschaltkreis 30 selektiert die jeweiligen Signale Y₁, Y₃ und Y₃ auf einer Timesharingbasis in Abhängigkeit von den Zeitsignalen T₁, T„ und T₃ und führt sie zu einem Lastkontrolleingang eines Latch-Schaltkreises 31, nachdem diese Signale mehrfach ausgenutzt worden sind. Der Latch-Schaltkreis 31 schaltet die Zählung in dem Zähler in Synchronisation mit einer ansteigenden Zeitmessung (0-Durchgangsmessung) des Signals Y., Y oder Y₃, zugeführt von dem Gatterschaltkreis 30. Ein Ausführungsschaltkreis 32 beinhaltet verschiedene Funktionen, die von einer zentralen Prozeßeinheit (CPU) kontrolliert werden. Der Schaltkreis 32 schließt Register R₁, R₃ und R₃ zum Speichern der Ausgangssignale D₁, D₂ und D₃ der Detektorköpfe VRE1, VRE2 und VRE3, ein und speichert die digitalen Zahlenwerte, die von dem Latch-Schaltkreis 31 auf Register R₁, R„ oder R₃ geschaltet werden, entsprechend dem Signal, das von dem Gatterschaltkreis· 30 selektiert wird (eines von Y₁, Y_ und Y₃, das von dem Zeitsignal T₁, T₂ und T₃) diskriminiert werden kann. Der Ausführungsschaltkreis 32 führt in Abhängigkeit von den Drehwinkelgeber-Ausgangssignalen D , D₃ und D₃, die in den Registern R₁ , R- und R-. gespeichert sind und von vorbestimmten Rechenkonstanten N, n, —, k, usw., Berechnungen der Formeln'(4) und (11), der Formel (3-1) oder (3-2) und der Formel (8-1) oder (8-2) sowie den Vergleich und die'Beurteilung des Bereichs von D₁.aus, die diese Berechnung

begleiten und gibt aufgrund dessen die Zahlenwerte D₁, R und R aus, die die absolute Umdrehungs-

y 2 .

Positionen innerhalb von η Umdrehungen darstellen.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel stimmt eine Periode der Ausgangssignale D₁ bis D der Drehwinkelgeber REl bis RE3 überein mit einer Umdrehung der jeweiligen Rotoren. Die Drehwinkelgeber RE1 bis RE3 sind jedoch nicht begrenzt auf diese Konstruktion, sondern Drehwinkelgeber,die die Ausgangssignale D,. bis D₃ in einer Vielzahl von Perioden innerhalb einer Umdrehung erzeugen, können als Drehwinkelgeber RE1 bis RE3 verwendet werden. Wenn als Beispiel Drehwinkelgeber REl bis RE3 verwendet werden, die jeweils die Ausgangssignale D₁ bis D₃ in neun Perioden pro Umdrehung erzeugen (d.h. die absolute Lage kann für einen jeweiligen Drehwinkel von 40° bestimmt werden, entspricht eine Periode in Fig. 7a nicht 2ττ, sondern —-κ,

d.h. 40° und der absolute Nachweisbereich für η Perioden

1 024
ist —g— · 2π. Ein Ausführungsbeispiel eines Detektorkopfes VRE1', der für diesen Zweck verwendet wird, ist in Fig. 8 dargestellt.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel, in dem der Detektorkopf VRE1, der in Fig. 6b gezeigt ist, modifiziert worden ist in einem Typ, in dem das Ausgangssignal D₁ in mehreren Perioden pro Umdrehung erzeugt wird. Ein Rotor 34 ist nicht exzentrisch gelagert, wie der Rotor 15 in Fig. 6, sondern auf dem äußeren Umfang des Rotors 3 4 sind Verzahnungen in einem gleichen Abstand

mit axialen Vertiefungen 34a und axialen Erhebungen 34b vorgesehen „ Ein Stator 35 besteht genau wie der Stator 25 in Fig. 6 aus vier Polen A-D, die Primärwicklungen 2A - 2D und Sekundärwicklungen 3A - 3D aufweisen. Die Pole A-D weisen an ihren Enden Verzahnungen auf (bestehend aus einer Vertiefung 35a und einer Erhebung 35b), die der Verzahnung 34a, 34b des Rotors 3 4 entsprechen. Reluktanzen der Pole A-D wechseln mit der Umdrehung des Rotors 34, wobei ein Abstand der Rotorverzahnung 34a, 34b einen Periodenwechsel in der Reluktanz erzeugt. Darüber hinaus ist die Übereinstimmung zwischen'der Rotorverzahnung 34a, 34b und der Statorverzahnung 35a, 35b der jeweiligen Pole A-D auf eine solche Weise verschoben, daß der Reluktanzwechsel in den Polen A-D mit einem .

1/4-Abstand zwischen den jeweiligen benachbarten Polen versetzt ist. Durch diese Anordnung wird eine elektrische Phasendifferenz im Ausgangssignal der Sekundärspule erzeugt, deren Periodendauer der Dreh-0 winkel eines jeweiligen Abstandes der Rotorverzahnung 34a, 34b ist. Das Ausgangssignal D-, das dieser elektrischen Phasendifferenz entspricht, stellt entsprechend der Umdrehungsposition des Rotors 34 einen Wert kleiner als eine Periode dar, wobei eine Periode davon dem Drehwinkelbereich für einen einzigen Abstand der Rotorverzahnung 3 4a, 3 4b entspricht.

Die Meßvorrichtung zur Messung einer Verlagerung oder einer Position eines Meßobjektes mit einem Absolutwert innerhalb einer Periode (Drehwinkelgeber RE1 bis RE3)ist nicht beschränkt auf die oben beschriebene 0 rotierende Vorrichtung, sondern können auch

•3246953

lineare Vorrichtung oder eine Kombination von beiden Arten sein. Ein Beispiel für eine Kombination der Detektorköpfe 31,32 eines Lineargebers mit absoluter Positionsanzeige, ist in Fig. 9 dargestellt.'

Die individuellen Linearpositionsdetektorköpfe SI und S2 sind variable magnetische Reluktanz-Phasenverschiebungsdetektoren, wie in der US-Patentanmeldung 348,674 und DE-OS 32 05 032 beschrieben. Die Beschreibung geht im folgenden zunächst vom Detektorkopf S1 aus.

Der Detektorkopf S1 enthält eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung in einem Gehäuse 36 und ein längliches Kernteil 37, das gleitend in diese Wicklungen eingefügt ist. Das Kernteil 37 besteht aus mehreren Kernen 37a, die in Längsrichtung in vorbestimmten Abständen angeordnet sind, wobei Abstandhalter 37b zwischen den jeweiligen Kernen 37a und eine Hülse 37c, die diese Kerne 37a und die Abstandhalter 37b verschließt, vorgesehen sind. Die Kerne 37a sind aus magnetischem Material und die Abstandhalter 37b aus einem nicht magnetischen Material, wie beispielsweise Luft. Dieses Kernteil 37a führt eine lineare Verlagerung entsprechend einer linearen Bewegung aus, die von einem äußeren Meßobjekt ausgeht. Beispielsweise ist jeder Kern 37a zylindrisch ausgebildet mit einer Länge —^ (P-" stellt eine gewünschte Länge

dar) und jeder Abstandhalter 37b hat die gleichen Längen wie der Kern 37a. Dementsprechend ist die Entfernung äquivalent zu einem Abstand der Anordnung der Kerne 37a gleich P₁. Genau wie in den zuvor

- Yi.

beschriebenen rotierenden Detektorköpfen sind die Wicklungen derart angeordnet, daß sie in den vier Phasen A-D arbeiten. Die Reluktanz, die in den jeweiligen Phasen A-D erzeugt wird, ist um 90° abhängig von der Lage der Kerne 37a versetzt. Wenn beispielsweise die Phase A eine Kosinusphase ist, so ist die Phase B eine Sinusphase, C eine Minus-Kosinus-Phase und D eine Minus-Sinus-Phase.

Nach Fig. 9 sind Primärwicklungen 38, 39, 40 und 41 und Sekundärwicklungen 42, 43, 44 und 45 getrennt für die jeweiligen Phasen A-D vorgesehen. Die Sekundärwicklung 42 bis 45 der jeweiligen Phasen A-D sind jeweils auf der Außenseite oder Innenseite der entsprechenden Primärwicklungen 38 bis 41 gewickelt.

Die Länge jeder Wicklung ist im wesentlichen gleich

P der Länge des Kerns 37a, d.h. 1 . In dem Beispiel nach Fig. 9 sind die Wicklungen 38, 42 der Phase A und die Wicklungen 40, 44 der Phase C nebeneinander angeordnet, und die Wicklungen 39, 43 der Phase B und die Wicklungen 41 , 45 der Phase D sind ebenfalls, nebeneinander angeordnet. Das Intervall zwischen den Wicklungen der Phase A und denen der Phase B und das Intervall zwischen den Wicklungen der Phase C und denen der Phase D ist in beiden Fällen P₁ (ntj)

(n ist eine ganze Zahl).

Die Lagen der Wicklungen der Phasen A - D im Detektorkopf S1 sind nicht beschränkt auf die in Fig. 9 gezeigte. Da die Reluktanz sich im magnetischen Schaltkreis in den jeweiligen Phasen A - D in Abhängigkeit

von der linearen Verlagerung des Kernteiles 37 ändert und die Phase der Reluktanzänderung um 90° zur Phase verschoben ist (entsprechend ist die Phase der Reluktanzänderung zwischen der Phase A und der Phase C '5 um 180° versetzt und die Phase der Relektanzänderung zwischen der Phase B und der Phase D ist ebenfalls um 180° versetzt) kann die Lage der Wicklungen irgendwie gewählt werden, solange wie die Lagen eine derartige Reluktanzänderung erzeugen. .

Auf gleiche Weise, wie in den oben beschriebenen Detektorköpfen VRE1 bis VRE2 werden die Primärwicklungen 38 und 40 der Phasen A und C von einem Sinuswellensignal sin tot in zueinander entgegengesetzten Phasen erregt und die Ausgangssignale der Sekundärwicklungen 42 und 44 werden in der gleichen Phase zusammen addiert. Die Primärwicklungen 39 und 41 der Phasen B und D werden von dem Kosinuswellensignal cos tot| in zueinander entgegengesetzten . Phasen erregt und die Ausgangssignale der Sekundärwicklungen 43 und 45 sind in der gleichen Phase zusammenaddiert. Eine Summe der Ausgangssignale des Sekundärwicklungspaares der Phasen A und C und die Ausgangssignale des Sekundärwicklungspaares der Phasen B und D bilden ein sekundäres Seitenausgangssignal W.

des Detektorkopfes S1. Dieses Ausgangssignal W₁ ist ein Signal, das durch überlagerung mit einem Referenzwechselstromsignal (sin' ü)t oder cos (ot) durch einen Phasenwinkel fK entsprechend der linearen Position X des Kernteils 37, erhalten wird, wie durch folgende Gleichung 13 ausgedrückt,

BAD

= sin (ait - Φ₁ )

W₀ = sin (ait - φ_ο) ( 2 2 j

Der Detektorkopf S2 ist gleicher Konstruktion wie der Detektorkopf S1 mit der Ausnahme, daß das Intervall p„ zwischen den Kernen 46a und den Abstandhaltern 46b sich von dem Intervall P₁ unterscheidet. Die Kernteile 37 und 46 der Detektorköpfe S1 und S2 sind mit Hilfe eines Verbindungsteiles 47 untereinander verbunden und diese Kernteile 37 und 46 werden zusammen in einer linearen Bewegung in Übereinstimmung mit der linearen Verlagerung X des Meßobjektes bewegt. Ein Wechselstromsignal W₂, wie in der obigen Gleichung 13 angegeben, das eine elektrische Phasenverschiebung φ₂ aufweist, die der linearen Position X des Kernteils 46 entspricht, wird von der Sekundärseite des Detektorkopfes S2 ausgegeben.

Wenn der Phasenverschiebungsbetrag φ₁ im Ausgangssignal W₁ des ersten Detektorkopfes S1 2ττ ist, entspricht die lineare Verlagerung X des Meßobjektes der Länge P-, dem Abstand der Kerne 37a, während die lineare Verlagerung X, wenn der Phasenver-0 schiebungsbetrag Φ₂ in dem Ausgangssignal W₂ des zweiten Detektorkopfes S2 2-rr ist, der Länge P₂, dem Abstand der Kerne 46a, entspricht. Das ist deshalb so, weil die Reluktanzänderung in den Detektorköpfen S1 und S2 durch den Abstand der Kerne 37a und 46a, die eine Periode darstellen, erzeugt wird.

- Ht

Die Phasenverschiebungsbeträge φ₁ und φ können durch Verarbeitung des Sekundär-Ausgangssingals W₁ und W₂ der Detektorköpfe S1 und S2 in gleicher Weise in Fig. 5 gezählt werden. Auf diese Weise können periodische elektrische Signale (Digitalsignale) D₁ und D-, entsprechend der momentanen

1 £a

Position erhalten werden, d.h. entsprechend der momentanen Phasenverschiebungsbeträge φ- und Φ?* deren eine Periode ein linearer Verschiebungsbetrag entsprechend den zueinander verschiedenen Kernabständen P₁ und P„ der Detektorköpfe Sl und S2 ist. Der Vorgang zur Erzielung der Anzahl der Perioden C des AusgangssignaIs D₁ entsprechend dem ersten Detektorkopf Sl durch Anwendung der auf.diese Weise erhaltenen Digitalsignale D₁ und D₂, ist gänzlich der gleiche wie in der zuvor beschriebenen rotierenden Vorrichtung. Da der Wert des Ausgangssignals D₁ des ersten Detektorkopfes S1 bei einem linearen Verschiebungsbetrag P₁ gleich N ist, und der Wert des AusgangssignaIs D₂ des zweiten Detektorkopfes

₁
Sr=j—- ist, beträgt die Differenz zwischen den beiden

² N(P₂ - P)
Werten η 1 die zuvor als bekannter Wert ·

2
vorgegeben 'ist. Die Anzahl der Perioden C- kann ent-

J* sprechend erhalten werden, indem die Differenz D₁₂ zwischen den momentanen Ausgangssignalen D₁ und D₂ der Detektorköpfe S1 und S2 berechnet wird und indem eine Division entsprechend der folgenden Gleichung 14 durchgeführt wird:

- P₁ )

C_x=D₁₂

Die lineare Position eines Meßobjektes kann als Absolutwert bestimmt werden, indem der ganzzahlige Teil der Anzahl der Perioden C mit dem Ausgangssignal D

X 1

des Detektorkopfes S1 kombiniert werden (indem der Dezimalteil der aus Gleichung 14 erhaltenenen Zahl C , wegfällt und indem D₁ als Dezimalzahl verwendet wird). Als ein modifiziertes Ausführungsbeispiel können die Kernteile 37 und 46 befestigt sein und die Wicklungen können in Verbindung mit der Verlagerung des Meßobjektes beweglich sein. Die Abstände der Kerne der Detektorköpfe S1 und S 2 können untereinander gleich gemacht werden und die Übertragungsverhältnisse der mechanischen Bewegung des Meßobjektes relativ zu den jeweiligen Detektorköpfen S1 und S2 können durch Anwendung geeigneter Mittel, wie zum Beispiel einem Getriebe, unterschiedlich sein.

Die Rechenvorrichtung für die Berechnung der Anzahl

der Perioden R und R oder C des ersten Gebers RE1 λ y χ

oder des Detektorkopfes S1 ist nicht beschränkt auf einen Rechenschaltkreis, wie einem Subtrahierer Dividierer, usw., sondern kann ein Schaltkreis sein, der einen Tischrechner (Funktionstisch) verwendet, bestehend aus einem ROM, RAM, oder ähnlichem. Die Berechnungsformel für eine derartige Berechnung ist nicht beschränktauf die Funktionen der Gleichungen (3), (8) und (14), sondern kann irgendeine mathematische Formel sein, die die Verlagerungsbeträge P1, P2 und P3 des Meßobjektes für eine Periode der Geber RE1 bis RE3 (dies sind zuvor be- · kannte Werte) und die momentanen Ausgangssignale D- bis D₃ der Geber RE1 bis RE3 verwendet. Die Berechnung kann zum Beispiel durch Formulierung

cC*.

der folgenden gleichzeitigen Gleichungen (15) durchgeführt werden:

R(X) = X₁ · p¹ + D₁

R(X) = X₂ . P² + D₂ L ' (15)

R(x) = X₃ · P³ + D₃

wobei X., X₂ und X₃ (unbekannt) die Perioden der Geber RE1 bis RE3 darstellen und R(x) die absolute Position des Meßobjektes ist, indem ganzzahlige Werte von X₁,X₀ und X, erhalten werden, die den geraeinsamen R(x)-Wert durch Substitution in Abhängigkeit von den momentanen D₁ bis D₃~Werten ergeben, und indem der Wert von X₁, der auf eine solche Weise berechnet wird, wie die zuvor beschriebene Periodenanzahl R bestimmt wird.

Es ist zuvor beschrieben worden, daß die Beträge der VerlagerungPi,P2,p3,p4,P5 ... des Meßobjektes entsprechend einer Periode der jeweiligen Geber REI, RE2, RE3, ... P1 < ... P5 < P4 < P3 < P2 sein soll. Jedoch kann die Reihenfolge der Verlagerungsbeträge P1 <P2 < P3 < P4 < P5 ... sein. In diesem letzteren Fall ist es möglich, die Anzahl der Perioden R des

/ti.

ersten Gebers RE1 beispielsweise durch Anwendung der Differenz der Ausgangssignale des ersten Gebers RE1 und des zweiten Gebers RE2 zu erhalten, die Anzahl der Perioden R ₃ des dritten Gebers RE3 unter Anwendung der Differenz der Ausgangssignale des dritten Gebers RE3 und des vierten Gebers zu erhalten, und die Anzahl der Perioden des Signals, das R dar-

- 41^-

stellt (entsprechend dem zuvor beschrieben R^ unter Anwendung der Differenz der Ausgangssignale des Signals, das R darstellt und des Signals das R , darstellt, zu erhalten.

Die Kombination der Zahnräder zur übertragung der Verlagerung des Meßobjektes auf die Geber RE1 bis RE3 ist selbstverständlich nicht begrenzt auf die in den Fig. 1 und 6 gezeigten Kombinationen. Es können andere Übertragungsvorrichtungen als Zahnradgetriebe ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise kann gleichwertiger Effekt im Vergleich zum Zahnradgetriebe erzielt werden durch Anschluß eines Motors, der verschieden ist von dem Motor, der die'Hauptwelle antreibt, die als Meßobjekt für den zweiten.und dritten Geber RE2 und RE3 dient, und der in Verbindung mit dem die Hauptwelle antreibenden Motor mit einem abweichenden vorbestimmten Drehzahl(verhältnis) betrieben wird.

Die Geber sind nicht beschränkt auf einen Typ, der eine mechanische Verlagerung in ein elektrisches Signal umwandelt, sondern können auch solche sein, die eine mechanische Verlagerung in ein optisches Signal umwandeln. Desweiteren werden die Ausgangssignale D. bis D₃ der Geber RE1 bis RE3 oder S1 und S2 als Digitalwerte erhalten, sie können aber auch als Analogwerte ausgegeben werden.

Claims (24)

1. ANSPRÜCHE

   ( 1.)Meßvorrichtung zur Messung einer Position eines sich mechanisch aus einer vorbestimmten Ausgangslage verlagernden Meßobjektes in einem absoluten Meßwert, gekennzeichnet durch mehrere Detektoren" (RE1 bis RE3 ; VRE1 bis VRE3; S1,S2), die jeweils bei einer vorbestimmten Periode ein Ausgangssignal erzeugen/ das einen Absolutwert innerhalb einer Periode darstellt,

   Verlagerungsvorrichtungen (1 bis 4; 16 bis 19; 47), die eine Verlagerung eines jeden der Detektoren bewirken, die mit der Verlagerung des Meßobjektes derart gekoppelt ist, daß eine Periode eines jeden Detektors einem gegenseitig unterschiedlichen vorbestimmten Verlagerungsbetrag des Meßobjektes entspricht, so daß sich die Verlagerungsbeträge voneinander unterscheiden,

   Rechenvorrichtung {5 bis 13; 50 bis 52) zur Bestimmung der Periodenanzahl ausgehend von der Ausgangslage bis zur momentanen Position des Meßobjektes in Abhängigkeit von einem ersten Detektor, indem als Parameter die Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren verwendet werden, die Werte innerhalb einer Periode entsprechend der momentanen Position des Meßobjektes darstellen,wobei

   die momentane Position des Meßobjektes als Absolutwert durch eine Kombination des ganzzahligen Teils der Periodenanzahl, die durch die Rechenvorrichtung bestimmt-wird, und eines Wertes innerhalb einer Periode, dargestellt durch das Ausgangssignal des ersten Detektors, identifiziert wird.

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2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung die Periodenanzahl berechnet, indem die Ausgangssignale der Detektoren als Parameter und ein zuvor vorbereiteter Zahlenwert, der sich auf die vorbestimmten Verlagerungsbeträge entsprechend einer Periode des jeweiligen Detektors beziehen, verwendet werden.
3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung eine Konstante N
   (—), als zuvor vorbereiteten Zahlenwert verwendet, die die jeweiligen Differenzen zwischen dem Ausgangssignal (D₁) des ersten Detektors (RE1) entsprechend der Verlagerung des Meßobjektes in einer Periode des ersten Detektors (RE1) und den AusgangsSignalen (D-, D₃) der anderen Detektoren (RE2 , RE3) darstellt, da die Rechenvorriehtung die Differenzen (D₁-, D) der momentanen Ausgangssignale (D₃, D₃) der anderen Detektoren' in Relation zu dem momentanen Ausgangssignal (D₁) des ersten Detektors erhält, und daß sie die Anzahl der Perioden (R , R ) unter Durchführung der Berechnung mit einer vorbestimmten Funktion, die den konstanten Zahlenwert (—) verwendet, mit den

   erhaltenen Differenzen (D_1?, D₁-) als Parameter berechnet.
4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung aus Berechnungselementen (5, 7, 9, 11 bis 13) für die erste Periode besteht, um als ein erstes periodisches Signal (R ) zu erhalten, dessen Periode ein vorbestiramter Wert der Periodenanzahl bezüglich des ersten Detektors

   (RE1) ist,.wobei ein Signal die Periodenanzahl darstellt,

   das die Ausgangssignale (D_1fD_o) des ersten Detektors (RE1) und eines zweiten (RE2) der Detektoren als Parameter verwendet und die absolute Position des Meßobjektes durch Kombination des ganzzahligen Teils des ersten periodischen Signals (R ) mit dem Ausgangssignal (D₁) des ersten Detektors identifiziert wird.
5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung außerdem aus. Rechenelementen (6,8,10,50 bis 52) für eine zweite Periode besteht, um die Anzahl der Perioden (R ) des ersten periodischen Signals zu erhalten, wobei die AusgangsSignale (D₁,D-) des ersten Detektors (RE1) und eines dritten (RE3), der Detektoren verwendet werden, und die absolute Position des Meßobjektes durch die Kombination des durch die Rechenelemente der zweiten Periode erhaltenen ganzzahligen Teils der Periodenanzahl (R ), mit dem ganzzahligen Teil des ersten periodischen Signals (R ) und des Ausgangssignals (D₁) des ersten Detektors identifiziert wird.
6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von den Verlagerungsbeträgen des
   Meßobjektes,die einer Periode der jeweiligen Detektoren entsprechen', ein Betrag entsprechend einer Periode des ersten Detektors (RE1) den kleinsten Wert aufweist und ein Betrag entsprechend einer Periode des zweiten Detektors (RE2) den größten Wert aufweist.

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   If
7. 7. iMeßvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungsvorrichtung bei jedem der Detektoren eine Verlagerung bewirkt, die mit der Verlagerung des Meßobjekts in einem unterschiedlichen Verhältnis zu jedem einzelnen Detektor gekoppelt ist.
8. 8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungsvorrichtung eine Transmission (1 bis 4; 16 bis 19) ist, die die Verlagerung Meßobjektes auf die jeweiligen Detektoren in einem unterschiedlichen übersetzungsverhältnis überträgt.
9. 9. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Periode der Detektoren unterschiedlichen Beträgen von mechanischen Verlagerungen entspricht, und- daß die Verlagerungsvorrichtung, die mit der Verlagerung des Meßobjektes gekoppelte Verlagerung in einem Verhältnis überträgt, das für alle Detektoren gleich ist.
10. 10.Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 1,7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der einer Periode des ersten Detektors entsprechende Verlagerungsbetrag des Meßobjektes der kleinste Wert aller Detektoren ist. ·
11. 11.Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einem Drehwinkeldetektor (RE1 bis RE 3 VRE1 bis VRE3). besteht.

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12. 12. Meßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Drehwinkeldetektor einen Detektor (34, 35); enthält, der ein Aus gangs signal erzeugt, das innerhalb einer Periode einen Absolutwert darstellt mit einer Vielzahl von Perioden pro Umdrehung bezüglich einer gegebenen Drehverlagerung.
13. 13. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einem Linearpositionsdetektor (S1, S2) besteht.
14. 14. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einem Phasenverschiebungs-Detektorkopf (VRE1 bis VRE3; S1, S2) besteht, der ein Ausgangssignal (Y₁ bis Y₃) erzeugt, das durch Phasenüberlagerung oder Phasenmodulation mit einem Wechselstromreferenzsignal in Abhängigkeit von einer gegebenen mechanischen Verlagerung und aus Phasendifferenaneßelementen (26, 27, 30, 31) zum Messen der Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Detektorkopfes und des Referenzwechselstromsignals besteht, um ein Signal auszugeben, das diese Phasendifferenz als Ausgangssignal wiedergibt.
15. 15. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Detektoren ein Ausgangssignal erzeugen, das einen Absolutwert innerhalb einer Periode in Digitalwerten ausdrückt.
16. 16. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung aus Elementen (11, 50) besteht, die beurteilen, ob die Werte der Ausgangssignale der Detektoren oder der Parameter innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereiches sind oder nicht, und aus Elementen (9, 10, 12, 13, 51, 52) zur selektiven Modifizierung der" Werte der Ausgangssignale oder der Parameter in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Beurteilung besteht.
17. 17. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Geber (REI, RE2), die jeweils ein Ausgangssignal (D.., D₂) abgeben, das eine absolute Position innerhalb einer Periode darstellt, das einem vorbestimmten Verlagerungsbetrag in Abhängigkeit von einer gegebenen Dreh- oder Linearverlagerung entspricht,

    durch eine erste Verlagerungsvorrichtung (1 ,2) , die den zweiten Geber verlagert, indem eine Verlagerung des ersten Gebers in einem Verhältnis von n-1 zu η (a ist ein Divisor von η und eine Zahl kleiner als n) verringert oder vermehrt wird und durch eine Rechenvorrichtung (5 bis 13; 50 bis 52), die eine absolute Anzahl von Perioden des ersten Gebers ausgehend von einer vorbestimmten Ausgangslage bis zur momentanen Lage in Abhängigkeit von der Verlagerung des ersten Gebers berechnet, indem eine erste Differenz (D₁„) zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Gebers berechnet wird, und indem eine vorbestimmte Berechnung, die diese erste Differenz als Parameter verwendet, ausgeführt wird.

    • · M

    - 7.
18. 18. Meßvorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen dritten Geber (RE3), der ein Ausgangssignal (D-) erzeugt, das eine absolute Position innerhalb einer Periode in der gleichen Weise wie beim ersten und zweiten Geber darstellt, und durch eine zweite Verlagerungsvorrichtung (3,4), die diesen Geber mit einer Verlagerung versieht, die durch Verringerung oder Vermehrung einer Verlagerung des zweiten Gebers in einem Verhältnis von n+a zu η erhalten wird,

    wobei die Rechenvorrichtung desweiteren eine zweite Differenz (D₁₃) errechnet, die die Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des dritten Gebers ist, und eine absolute Anzahl der Perioden errechnet, unter Anwendung der ersten Differenz und der zweiten Differenz als Parameter,
19. 19. Meßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Berechnung in der Rechenvorrichtung eine erste Berechnung, in der die erste Differenz (D₁₉) dividiert wird durch eine erste Konstante (—) , die einen A'nderungsbetrag der ersten Differenz für eine Periode des ersten Gebers darstellt und eine zweite Berechnung einschließt, in der die zweite Differenz (D₁-)

    N dividiert wird durch eine zweite Konstante (—), die einen Änderungsbetrag der zweiten Differenz darstellt, während des Wechsels der ersten Differenz von Null auf einen Maximalwert, und wobei ein ganzzahliger Teil des Quotienten der zweiten Berechnung mit einer signifikanteren Stelle gewichtet ist als der ganzzahlige Teil des Quotienten der ersten

    Berechnung und wobei die absolute Anzahl der Perioden des ersten Gebers identifiziert wird durch Kombination der ganzzahligen Teile beider Quotienten mit der absoluten Position der Verlagerung, die der erste Geber erfährt, identifiziert durch Kombination der absoluten Anzahl der Perioden mit der absoluten Position innerhalb einer Periode, dargestellt durch das Ausgangssignal des ersten Gebers.
20. 20. Meßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung besteht aus: Mitteln (5) zur Berechnung der ersten Differenz (D₁₂); Mitteln (6) zur Berechnung der zweiten Differenz (D₁₃); Mitteln (11) zur Beurteilung, ob der Wert des ersten Gebers (RE1) zu einem vorbestimmten ersten Bereich unmittelbar vor dem Wechsel der Periode oder zu einem vorbestimmten zweiten Bereich unmittelbar nach dem Wechsel der Periode gehört,

    Mitteln (7, 9, 12, 13) zur Ausführung der Berechnung R = (D_-10 - k) τ X (wobei R die Anzahl der Perioden darstellt, D. die erste Differenz, X die Konstante, die den Änderungsbetrag der ersten Differenz für eine Periode darstellt und k eine Konstante, die eine kleinere Zahl ist als n), wenn der Wert des Ausgarigssignals des ersten Gebers als zu dem ersten Bereich gehörig beurteilt worden ist und die Berechnung R =(D₁₉ + k) τ X, wenn der Wert als zu dem zweiten Bereich gehörig beurteilt worden ist, und Mitteln (50) zur Beurteilung, ob der Wert, der ersten Differenz (D₁₂) ^zu einem vorbestimmten dritten Bereich unmittelbar vor übertragung oder zu einem vorbestimmten vierten Bereich unmittelbar nach übertragung gehört, und

    Mitteln (8, 10, 51, 52) zur Durchführung der Berechnung R = (D₁₃ -" k) τ Y (wobei R die Anzahl der Perioden einer höheren Digitalstelle darstellt als R , D₁₃ die zweite Differenz, Y eine Konstante, die den Änderungsbetrag in der zweiten Differenz·während des Wechsels von Null auf den Maximalwert der ersten Differenz darstellt),. wenn der Wert der zweiten Differenz als zu dem dritten Bereich gehörig beurteilt worden ist, und die Berechnung R = (D.. ₃+k)-ί·Υ, wenn der Wert als zu dem vierten Bereich gehörig beurteilt worden ist.
21. 21. Meßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorrichtung besteht aus: Mitteln (5) zur Berechnung der ersten Differenz (D-I₂^ Mitteln (6) zur Berechnung der zweiten Differenz P₁₃ Mitteln zur Beurteilung, ob der Wert des Ausgangssignals des ersten Gebers zu einem vorbestimmten ersten Bereich unmittelbar vor dem Wechsel der Periode gehört oder nicht,

    Mitteln zur Ausführung der Berechnung R = (D₁,-k-¹) *X (wobei R die Anzahl der Perioden darstellt, D₁₀ die erste Differenz, X eine Konstante, die den Änderungsbetrag in der ersten Differenz pro Periode darstellt und k¹ 1 oder eine ganze Zahl, die größer ist als und in der Nähe von 1 liegt,) wenn der Wert des Ausgangssignals des ersten Gebers als zu dem ersten Bereich gehörig beurteilt worden ist, und die Berechnung R = D-T X, wenn der Wert als nicht zu dem ersten Bereich gehörig beurteilt worden ist,

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    - AO-

    Mitteln zur Beurteilung/ ob der Wert der zweiten Differenz zu einem vorbestimmten zweiten Bereich unmittelbar vor übertragung gehört oder nicht, und Mitteln zur Durchführung der Berechnung R = (D₁₃ - k¹) τ Y (wobei R die Anzahl der Perioden einer höheren Digitalstelle als R darstellt, D₁- die zweite Differenz und Y eine Konstante, die.den Änderungsbetrag in der zweiten Differenz während des Wechsels von Null auf den Maximalwert darstellt), wenn der Wert der zweiten Differenz als zu dem zweiten Bereich gehörig beurteilt worden ist und die Berechnung R = D₁- τ Y, wenn der Wert als nicht zu dem zweiten Bereich gehörig beurteilt worden ist.
22. 22. Meßvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Geber die absolute Position mit einer Genauigkeit mißt, die ein N-tel einer Periode beträgt, daß die erste Verlagerungsvorrichtung eine Verlagerung verursacht, die in dem Verhältnis n-a zu η abnimmt, daß die · zweite Verlagerungsvorrichtung eine Verlagerung verursacht, die in dem Verhältnis n+a zu η zunimmt, und daß die Konstante X in der Rechen-

    a· N
    vorrichtung ist und die Konstante Y ebenfalls
23. 23. Meßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Beziehungen gelten: a = 1

    und η = N.
24. 24. Verfahren zur Messung einer Position eines Meßobjektes in absoluten Meßwerten/ das sich mechanisch von einer vorbestimmten Ausgangslage verlagert hat, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Detektoren bereitstellt, von denen jeder bei einer vorbestimmten Periode ein Äus'gangssignal erzeugt, das einen absoluten Meßwert innerhalb einer Periode in Abhängigkeit von einer gegebenen mechanischen Verlagerung darstellt, daß man jeden Detektor mit einer Verlagerung versieht, die mit der Verlagerung des Meßobjektes derart gekoppelt ist, daß eine Periode jedes Detektors gegenseitig verschiedenen vorbestimmten Verlagerungsbeträgen des Meßobjektes entspricht, dessen Beträge sich voneinander unterscheiden, ·

    daß man die Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren ausgibt und abspeichert, die die Meßwerte innerhalb einer Periode entsprechend der gegenwärtigen Position des Meßobjektes darstellen,

    daß man die Anzahl der Perioden ausgehend von der Ausgangslage bis zur gegenwärtigen Position des Meßobjektes in Abhängigkeit von einem ersten der Detektoren berechnet, indem als Parameter die gespeicherten Ausgangssignale der Detektoren verwendet werden, und

    daß man die gegenwärtige Position des Meßobjektes mit einem absoluten Meßwert durch eine Kombination eines ganzzahligen Anteils der berechneten Anzahl der Perioden mit einem Meßwert innerhalb einer Periode identifiziert, der durch das Ausgangssignal des ersten Detektors gegeben ist. ·