DE3322897C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Absolutwert-Winkelcodierer
mit Digitalanzeige und mit mehreren Getriebestufen mit
zugeordneten Codescheiben und mit den Codescheiben zu
geordneten, mit elektro-optischen Abtastern arbeitenden
Auswerteeinrichtungen zur Gewinnung einer durch ein Ge
triebespiel unbeeinflußten digitalen Drehwinkel- bzw.
Weginformation.
Derartige Absolutwert-Winkelcodierer sind bekannt (vgl. DE-AS 12 75 106 und DE-AS 12 90 961) und
umfassen als Bestandteil der Auswerteeinrichtungen gegebenenfalls V-
bzw. U-förmig zu zwei Gruppen geordnete elektro-optische
Abtaster bzw. Lichtschranken, deren Lichtstrahl durch
dunkle Bereiche einer Codescheibe unterbrochen wird und
durch helle bzw. transparente Bereiche einer Codescheibe
mehr oder weniger ungehindert hindurchgeht.
Die V- bzw. U-förmige Anordnung von zwei Reihen elektro-
optischer Abtaster dient bei den bekannten Winkelcodierern
dazu, durch die doppelte Abtastung der Codescheiben mit
zwei Abtastreihen pro Scheibe Getriebe-Teilungsfehler,
ein Umkehrspiel oder einen schleichenden Übergang bei
einem Dekadensprung auszuschließen.
Nachteilig an den bekannten Winkelcodierern ist es, daß
pro Codescheibe doppelt soviele Abtaster benötigt werden
wie Spuren für die Winkelcodierung vorhanden sind und
daß zusätzlich noch eine spezielle logische Schaltung
benötigt wird, um den jeweils auftreffenden Winkelwert in
Abhängigkeit vom Vor- und Nacheilen der Signale von den
verschiedenen Abtastern zu identifizieren.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Absolutwert-Winkelcodierer der
eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß
eine durch ein Getriebespiel unbeeinflußte digitale Dreh
winkel- bzw. Wegeinformation mit deutlich geringerem Auf
wand gewonnen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Abso
lutwert-Winkelcodierers mit den Merkmalen des Kennzeichen
teils des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird also dadurch, daß man die zweite und
jede weitere Codescheibe bewußt so montiert, daß der
Übergang zum nächsten Codewert zu früh erfolgt und daß
man bei Bedarf eine entsprechende Korrektur durchführt,
der Einfluß eines Getriebespiels sicher ausgeschlossen,
während gleichzeitig die Positionierung der zweiten und
der weiteren Codescheiben erleichtert wird, da sie bei
exakten Meßergebnissen nur innerhalb eines Bogens genau
sein muß, der einer halben Umdrehung der vorausgehenden
Scheibe entspricht. (In analoger Weise können die zweite
und die weiteren Codescheiben auch bewußt für eine nach
eilende Signalgabe montiert werden, wobei in diesem
Fall nach einem Nulldurchgang mit einem um Eins erhöhten
Wert gearbeitet wird, während vor einem Nulldurchgang
mit dem angezeigten Wert gearbeitet wird.)
Dabei ist anzumerken, daß es aus der DE-AS 12 69 175
zwecks eindeutiger Abtastung mit einfachen Mitteln be
kannt ist, eine zusätzliche Spur vorzusehen, die von
einem weiteren Abtastorgan abgetastet wird. Diese Hilfs
spur dient bei dem bekannten Winkelcodierer jedoch le
diglich dazu, zu gewährleisten, daß diejenigen Abtastor
gane, welche die digitale Winkelinformation liefern,
bezüglich der von ihnen abzutastenden Felder zentriert
werden.
Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Absolutwert-
Winkelcodierers besteht darin, daß zur Unterdrückung
der Auswirkung eines Getriebespiels auf die Genauigkeit
der digitalen Drehwinkel- bzw. Weg-Information pro Code
scheibe, abgesehen von der zur letzten Getriebestufe ge
hörigen Codescheibe, wo auch bei den bekannten Absolut
wert-Winkelcodierern nur eine einzige Reihe von elektro-
optischen Abtastern vorhanden ist, jeweils nur eine einzi
ge Reihe von elektro-optischen Abtastern benötigt wird,
wobei die Anzahl der Abtaster teilweise wegen der weiteren
Spur um Eins erhöht ist. Es liegt auf der Hand, daß diese
Lösung deutlich billiger als die vorbekannte Lösung ist
und daß zusätzlich wegen der verringerten Zahl von elek
tro-optischen Abtastern letztlich auch eine geringere
Störanfälligkeit erreicht wird. Außerdem ist die Justage
der Codescheiben bezüglich der Codescheibe der Eingangs
stufe nicht besondes kritisch, so daß sich Zeiteinsparun
gen bei der Fertigung ergeben.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung hat es sich
als günstig erwiesen, wenn die Auswerteeinrichtungen eine
Anzeigevorrichtung zur Anzeige der Drehwinkel- bzw. Weg-
Information und zur Anzeige der Drehrichtung durch ein
gleichzeitig angezeigtes Richtungssymbol umfassen, da in
diesem Fall für die Bedienungsperson deutlich wird, aus
welcher Drehrichtung der angezeigte Winkel erreicht wurde,
was insofern wesentlich ist, als der Einfluß des Spiels
einer Spindel oder dergleichen bei einer mit dem erfin
dungsgemäßen Winkelcodierer ausgestatteten Maschine nur
dann ausgeschaltet werden kann, wenn die verschiedenen
Drehwinkel bzw. Wegstrecken nacheinander bei gleichblei
bender Drehrichtung des Antriebs erreicht werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die
Auswerteeinrichtungen dabei zusätzlich Signalisierein
richtungen umfassen, mit deren Hilfe bei einem Drehrich
tungswechsel zwischen der Anzeige zweier aufeinanderfol
gender Informationen ein Blinken des Richtungssymbols
herbeiführbar ist. Vorzugsweise werden erfindungsgemäß
einfach das Pluszeichen (8) und das Minus
zeichen (-) als Richtungssymbole verwendet, so daß von
der Anzeigevorrichtung jeweils der Betrag und das Vor
zeichen nach dem Drehrichtungswechsel blinkt, um
die Bedienungsperson auf die Gefahr hinzuweisen, daß
aufgrund der Drehrichtungsänderung ein Spindelspiel oder
dergleichen Einfluß auf das Meßergebnis haben kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden
nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus
eines Absolutwert-Winkelcodierers mit drei
Getriebestufen, wobei die Codescheiben der
einzelnen Stufen besonders deutlich darge
stellt sind, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Winkel
codierers gemäß Fig. 1 mit den wesentlichen
Elementen der zugehörigen Auswerteeinrich
tungen.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen dreistufigen Getriebezug
mit einer Eingangsstufe 10, einer Zwischenstufe 12 und
einer Ausgangsstufe 14. Auf der Welle 16 der Eingangs
stufe 10 sitzt eine erste Codescheibe 18 mit insgesamt
fünf Spuren a bis e, die in üblicher Weise der Dreh
winkelcodierung dienen, die vorzugsweise im Gray-Code
erfolgt, welcher den Vorteil hat, daß sich zwei aufeinanderfolgende
Schritte bzw. Werte jeweils nur in einer einzigen Bit
stelle unterscheiden.
Die Welle 16 der Eingangsstufe 10, welche eingangsseitig
beispielsweise mit einer Antriebsspindel einer Werkzeug
maschine gekoppelt ist, ist über ein erstes Untersetzungs
getriebe 20, welches mit einer Drehzahluntersetzung von
16 : 1 arbeitet, mit der Welle 22 der Zwischenstufe 12 ver
bunden, auf der eine zweite Codescheibe 24 sitzt.
Erfindungsgemäß ist auf der zweiten Codescheibe 24 zu
sätzlich zu den der Winkelcodierung beispielsweise im
Gray-Code dienenden Code-Spuren a bis e ganz innen, d. h.
unmittelbar angrenzend an die Welle 22, die weitere Spur
f vorgesehen, welche beim Ausführungsbeispiel in sechzehn
abwechselnd helle und dunkle Bereiche unterteilt ist.
Die Welle 22 der Zwischenstufe ist über ein zweites Un
tersetzungsgetriebe 26, welches ebenfalls mit einem Un
tersetzungsverhältnis von 16 : 1 arbeitet, mit der Welle 28
der Ausgangsstufe 14 gekoppelt. Auf der Welle 28 sitzt
eine dritte Codescheibe 30, die identisch zu der zweiten
Codescheibe 24 ausgebildet ist und ebenfalls sechs Spuren
aufweist, die in der Zeichnung nicht näher bezeichnet
sind.
Jeder der Codescheiben 18, 24, 30 ist jeweils eine ein
zige Reihe von elektro-optischen Abtastern 32 zugeordnet,
die schematisch als kleine Ringe angedeutet sind, wobei
den Codescheiben 24 und 30 jeweils entsprechend den
sechs abzutastenden Spuren sechs Abtaster 32 zugeordnet
sind, während der ersten Codescheibe 18 eine einzige
Reihe mit fünf Abtastern 32 zugeordnet ist, wobei hin
sichtlich der Darstellung der drei Codescheiben 18, 24,
30 noch anzumerken ist, daß das Codemuster der Einfachheit
halber jeweils nur auf einer Scheibenhälfte eingezeichnet
ist.
Der Absolut-Winkelcodierer gemäß Fig. 1 arbeitet wie
folgt:
Von den einzelnen Gruppen bzw. Reihen von elektro-optischen
Abtastern werden hinsichtlich der fünf äußeren Code-Spuren
in üblicher Weise codierte bitparallele, digitale Ausgangs
signale erzeugt. Dabei fällt jedoch die Entscheidung über
das letzte Bit des Ausgangssignals, d. h. über das Bit mit
der geringsten Wertigkeit, in der Zwischenstufe 12 und
in der Ausgangsstufe 14 jeweils in Abhängigkeit von dem
Ausgangssignal des sechsten elektro-optischen Abtasters
32, welcher der weiteren bzw. der innersten Spur auf den
Codescheiben 24, 30 der Zwischenstufe 12 bzw. der Aus
gangsstufe 14 zugeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Art der Signalerzeugung für die Zwi
schenstufe 12 und die Ausgangsstufe 14 basiert auf der
Erkenntnis, daß bei geeigneter Bemessung der Bogenlänge
der Bereiche der weiteren Spur im Hinblick auf das größte
zu erwartende Spiel bzw. die Genauigkeit der Justierung
der Codescheiben 24, 30 das letzte Bit der Ausgangssi
gnale der Zwischenstufe 12 und der Ausgangsstufe 14 nur
dann geändert werden darf, wenn die Zwischenstufe 12 oder
die Ausgangsstufe 14 in einem definierten Bereich ihrer
innersten Spur der Codescheibe steht und die vorausgehen
de Eingangsstufe 10 oder Zwischenstufe 12 eine Umdrehung
ausgeführt hat.
Mit anderen Worten wird also ein aufgrund des Getriebe
spiels und/oder der Codescheibenjustierung verfrüht einge
tretene Änderung der Ausgangssignale der Abtaster 32 für
die fünf äußeren Spuren der Codescheiben 24 und 30 nur
dann als gültig anerkannt, wenn die Änderung des letzten
Bits der Codekombination durch einen entsprechenden Null
durchgang des Ausgangssignals der Codescheibe 18 bzw. 24
der unmittelbar vorausgehenden Stufe 10 bzw. 12 "bestätigt"
wird, wobei unter einem "Nulldurchgang" ein Durchlaufen der
0°/360°-Position in der einen oder anderen Richtung zu ver
stehen ist. Diese Art der Signalauswertung bringt die ein
gangs diskutierten Vorteile hinsichtlich der Anzahl der
erforderlichen elektro-optischen Abtaster 32 mit sich,
wobei diese Anzahl bei der erfindungsgemäßen Lösung deut
lich geringer ist als bei den vorbekannten Absolutwert-
Winkelcodierern mit V- bzw. U-Abtastung.
Wie Fig. 2 der Zeichnung zeigt, sind die Sender und Emp
fänger jeder Reihe von Abtastern für jede der Codeschei
ben 10, 12, 14 jeweils zu einem Block 32 a bzw. 32 b zusam
mengefaßt, wobei in Fig. 2 zur Erhöhung der Übersichtlich
keit in der zweiten und dritten Stufe pro Reihe jeweils
nur vier Abtaster angedeutet sind und für die Eingangs
stufe nur drei Abtaster. Die Ausgangssignale der Empfän
ger 32 b werden gemäß Fig. 2 über jeweils einen Verstärker
34 an einen Codewandler 36 angelegt, wo die Umsetzung
der Daten vom Gray-Code in den Dual-Code erfolgt. Diese
Daten werden dann einem Mikroprozessor 38 zugeführt, wel
cher entsprechende Augangssignale an eine Digitalanzeige
40 liefert. Erfindungsgemäß wird auf dieser Digitalanzei
ge 40 außer dem Betrag, der dem Drehwinkel bzw. einem
ausgehend von einer Bezugsposition zurückgelegten
Weg eines beispielsweise über eine Spindel angetriebe
nen Werkzeugs entspricht, auch die Drehrichtung ange
zeigt, mit der der betreffende Wert erreicht wurde, wo
bei als Richtungssymbole das Pluszeichen (+) bzw. das
Minuszeichen (-) verwendet werden, die beispielsweise
einem Rechts- bzw. Linkslauf eines Antriebsmotors zuge
ordnet sein können. Durch diese zusätzliche Anzeige des
Richtungssymbols bzw. der Drehrichtung wird es der Be
dienungsperson erleichtert, Bedienungsfehler aufgrund
eines unzulässigen Drehrichtungswechsels zu erkennen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn in weiterer Ausge
staltung der Erfindung dafür gesorgt wird, daß bei einer
Änderung der Drehrichtung zwischen dem zuletzt angezeig
ten Wert und dem neu angezeigten Wert ein Blinken oder
eine sonstige auffällige Markierung des Richtungssymbols
herbeigeführt wird.
Schließlich ist in Fig. 2 noch ein Block 42 mit sechs
Tastcodierschaltern gezeigt, der mit dem Mikroprozessor
38 verbunden ist. Über die Tastcodierschalter des Blockes
42 können in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
Korrekturwerte für bestimmte Wekzeuge bzw. Spindel
steigungen sowie verschiedene Parameter bzw. Faktoren
eingegeben werden, die dann bei der Erzeugung der Signale
für die Digitalanzeige 40 durch den Mikroprozessor 38
gleich mitberücksichtigt werden können, so daß unmittel
bar die Anzeige des korrigierten Wertes erfolgt, wobei
durch die eingegebenen Parameter beispielsweise eine
Anzeige der Weginformation in Zoll oder in mm ausgewählt
werden kann. Ein besonderer Vorteil des Codewandlers 36
des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 besteht darin, daß
die sechs Spuren der zweiten Codescheibe 24 und der drit
ten Codescheibe 30 jeweils gemeinsam der Erzeugung von
Codekombinationen eines sechstelligen Gray-Codes dienen
können - hiermit entfällt also die Unterscheidung zwischen
den Codespuren und der weiteren Spur - und daß aus die
sen Codekombinationen dann nur Umsetzung mit Hilfe des
Codewandlers 36 Dual-Codekombinationen erzeugt werden,
bei denen das letzte Bit bzw. das Bit mit der geringsten
Wertigkeit Auskunft darüber gibt, ob auf der weiteren
Spur ein heller oder ein dunkler Bereich erfaßt wird,
während die restlichen fünf Bit den abgetasteten Winkel
wert im Dual-Code angeben. Je nachdem, ob das letzte Bit
eine "Null" oder eine "Eins" ist, wird dann in Abhängig
keit von der Stellung der der betreffenden Codescheibe
vorangehenden Codescheibe bezüglich des Null-Durchgangs
darüber entschieden, ob eine Korrektur des abgetasteten
Wertes um den Wert "Eins" erforderlich ist oder nicht.
Im Einzelfall wird dann, wenn der Sprung des Ausgangs
signals aufgrund der Justierung zu früh erfolgt, dieser
Sprung bei der Auswertung so lange unterdrückt, bis tat
sächlich ein Nulldurchgang der vorausgehenden Scheibe er
folgt ist. Bei nacheilender Justierung wird dagegen der
abgetastete Wert für die nachfolgende Codescheibe beim
Nulldurchgang der vorausgehenden Codescheibe um Eins er
höht, und zwar so lange, bis auch die nachfolgende Code
scheibe wieder die richtige Position erreicht hat.
Da sich die Frage, ob bei einer vorangehenden Codeschei
be gerade ein Nulldurchgang stattgefunden hat oder gerade
bevorsteht, allein aufgrund der Ausgangssignale der Ab
taster entscheiden läßt, werden bei dem erfindungsgemäßen
Winkelcodierer auf die beschriebene Weise stets eindeutige
Meßergebnisse erhalten, ohne daß die elektrische Spei
cherung irgendwelcher Daten erforderlich wäre, die bei
einem Stromausfall verloren gehen könnten.
Claims (4)
1. Absolutwert-Winkelcodierer mit Digitalanzeige und
mit mehreren Getriebestufen mit zugeordneten Code
scheiben und mit den Codescheiben zugeordneten, mit
elektro-optischen Abtastern arbeitenden Auswerte
einrichtungen zur Gewinnung einer durch ein Ge
triebespiel unbeeinflußten digitalen Drehwinkel-
bzw. Weg-Information, dadurch gekenn
zeichnet, daß die den einzelnen Codescheiben
(18, 24, 30) zugeordneten Auswerteeinrichtungen (32 a,
32 b) jeweils nur eine einzige Reihe von elektro-
optischen Abtastern (32) aufweisen, daß die zu der
zweiten und jeder weiteren Getriebestufe (12, 14) ge
hörigen Codescheibe zusätzlich zu den der Winkel
codierung dienenden Spuren (a bis e) jeweils eine wei
tere Spur (f) mit alternierend aufeinanderfolgenden
hellen und dunklen Bereichen aufweisen, deren
Bogenlänge jeweils unter Berücksichtigung des Unter
setzungsverhältnisses zwischen der betreffenden Ge
triebestufe (z. B. 12) und der vorausgehenden Getrie
bestufe (z. B. 10) einer halben Umdrehung der Code
scheibe (z. B. 18) der vorausgehenden Getriebestufe
(z. B. 10) entspricht und daß die Entscheidung über
den Wert des Ausgangssignals der zweiten und jeder
weiteren Getriebestufe (12, 14) in der Weise her
beigeführt ist, daß bei absichtlich im Sinne einer
voreilenden Signalerzeugung montierter zweiter
bzw. weiterer Codescheibe (24, 30)
- 1. derjenige Winkelwert gilt, der durch die der Winkelcodierung dienenden Spuren (a bis e) an gezeigt wird, wenn durch den zugeordneten Ab taster (32) auf der weiteren Spur (f) ein Bereich des einen Typs erfaßt wird,
- 2. derjenige Winkelwert gilt, der durch die der Winkelcodierung dienenden Spuren angezeigt wird, wenn durch den zugeordneten Abtaster (32) auf der weiteren Spur (f) ein Berech des anderen Typs erfaßt wird und wenn der an der vorausgehenden Getriebestufe (z. B. 10) erfaßte Winkelwert anzeigt, daß dort gerade ein Null durchgang stattgefunden hat, und
- 3. der um Eins verminderte Winkelwert gilt, der durch die der Winkelcodierung dienenden Spuren angezeigt wird, wenn durch den zugeordneten Ab taster (32) auf der weiteren Spur (f) ein Bereich des anderen Typs erfaßt wird und wenn der an der vorausgehenden Stufe (z. B. 10) erfaßte Winkel wert anzeigt, daß dort gerade ein Nulldurch gang bevorsteht.
2. Winkelcodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Auswerteeinrichtungen (32 bis 40) eine
Anzeigevorrichtung (40) zur Anzeige der Drehwinkel-
bzw. Weg-Information und zur Anzeige der Drehrichtung
durch ein gleichzeitig angezeigtes Richtungssymbol
(+ bzw. -) umfassen.
3. Winkelcodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Auswerteeinrichtungen (32 bis 40) Si
gnalisiereinrichtungen umfassen, mit deren Hilfe bei
einem Drehrichtungswechsel zwischen der Anzeige zweier
aufeinanderfolgender Informationen ein Blinken des
Richtungssymbols (+ bzw. -) herbeiführbar ist.
4. Winkelcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtungen
(32 bis 40) einen Mikroprozessor (38) umfassen und
daß mit dem Mikroprozessor (38) Einrichtungen (42)
zum Eingeben von Korrekturwerten verbunden sind,
welche bei der Ausgabe der Drehwinkel- bzw. Weg-
Information durch den Mikroprozessor (38) berück
sichtigbar sind.
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DE19833322897 DE3322897A1 (de) | 1983-06-25 | 1983-06-25 | Absolutwert-winkelcodierer |
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ID=6202364
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: H03M 1/26 |
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8330 | Complete disclaimer |