DE3416090A1 - Inkrementale wegmesseinrichtung - Google Patents

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA 84 P 3111 DE Ol

Inkrementale Wegmeßeinrichtung

(Es wird die Innere Priorität der deutschen Patentanmeldung P 34 10 618.9 vom 22.03.1984 in Anspruch genommen)

Die Erfindung bezieht sich auf eine inkrementale Wegmeßeinrichtung, bei der aufeinanderfolgenden Wegabschnitten eines vorgegebenen Meßweges jeweils mindestens eine Folge von äquidistanten Wegmarken eines bewegten Gebersystems zugeordnet ist, deren Passage und deren Passagerichtung von mindestens einem stationären Sensor detektierbar ist, wodurch Ein- und Auszählimpulse für eine jeden aktuellen Weg bewertende Zähleinrichtung auslösbar sind, wobei für jeden Wegabschnitt mindestens eine Referenzmarke des Gebersystems wirksam ist, deren Auftreten ebenfalls durch einen stationären Sensor detektierbar ist, und wobei jeweils mit dem Detektieren einer Referenzmarke die Zähleinrichtung synchronisierbar ist.

Eine derartige Wegmeßeinrichtung ist beispielsweise aus der DE-Anmeldung P 33 10 348 bekannt. Bei einer solchen Wegmeßeinrichtung, bei welcher der jeweilige Weg durch Zählen der voneinander nicht unterscheidbaren Wegmarken ermittelt wird, muß nach einer Störung der Einrichtung jeweils ein Referenzpunkt zur Synchronisierung des Meß-,₀ systems angefahren werden. Bei einer Verwendung von absoluten Wegmarkengebern wäre eine derartige Synchronisierung nicht erforderlich, jedoch sind derartige Wegmeßeinrichtungen, bei denen jede Wegmarke eine Wegcodierung beinhaltet, relativ aufwendig.

Woe 2 Bih / 27.04.1984

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine inkrementale Wegmeßeinrichtung zu schaffen, bei der ohne aufwendig codierte Wegmarken dennoch eine absolute Wegerfassung an einer Vielzahl von Referenzpunkten innerhalb des Meßweges möglieh ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Referenzmarke eine wegabschnittspezifisch phasenverschobene weitere Referenzmarke zugeordnet ist, daß das Auftreten der weiteren Referenzmarken ebenfalls durch mindestens einen stationären Sensor feststellbar ist, daß Schaltmittel zum Detektieren des Phasen-Versatzes der weiteren Referenzmarken zu den jeweils benachbarten Referenzmarken vorgesehen sind und daß mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung durch den detektierten Versatz die Position des jeweiligen Meßabschnittes innerhalb des Meßweges bestimmbar ist.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarken und die weiteren Referenzmarken jeweils zueinander innerhalb des vorgegebenen Meßwegs einen über den Meßweg linear anwachsenden Versatz bis auf die Länge eines Wegabschnittes aufweisen. Dadurch ist eine besonders einfache Beziehung zwischen dem jeweiligen Versatz und der Position des Wegabschnittes innerhalb des Meßweges gegeben, so daß auf aufwendige Bewertungsschaltungen für den detektierten Versatz verzichtet werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für die weiteren Referenzmarken ein weiteres zum ersten asynchron bewegbares Gebersystem vorgesehen ist, wodurch eine einfache Erzeugung der weiteren Referenzmarken möglich ist. Wenn das Gebersystem und das weitere Gebersystem über ein mechanisches Getriebe miteinander verbunden sind, ergibt sich dabei ein kostengünstiger und störungsunanfälliger Aufbau.

VPA 84 P 3111 DE Ol Wenn von den Gebersystemen jeweils rotierende Bewegungen ausführbar sind, kann mit relativ kompakten Gebersystemen ein verhältnismäßig langer Meßweg erfaßt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 die mechanische Anordnung zweier Gebersysteme, Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Einrichtung

und
Fig. 3 ein Signalschaubild.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein erstes rotierendes Gebersystem Gl gezeigt, das über ein Getriebe G mit einem Gebersystem G2 mechanisch mit einem festen Übersetzungsverhältnis gekoppelt ist. Das Gebersystem Gl und das Gebersystem G2 bewegen sich jeweils in der durch einen Pfeil angedeuteten Drehrichtung. Sowohl das Gebersystem Gl wie auch das Gebersystem G2 tragen optische Wegmarken.

Auf dem Gebersystem Gl sind dabei drei Spuren von Wegmarken angeordnet, wobei die Wegmarken WIl bis WIn eine erste Spur bilden, die Wegmarken W21 bis W2n eine zweite Spur bilden und in einer dritten Spur als Wegmarke eine Referenzmarke Rl vorgesehen ist. Die Wegmarken der ersten und der zweiten Spur sind jeweils in einem Puls-Pausen-Verhältnis von 1 : 1 angeordnet, wobei zwischen den Wegmarken der ersten und zweiten Spur ein Phasensprung von 90" vorliegt. Anhand dieses Phasensprungs kann, wie weiter unten erläutert, von elektrischen Schaltmitteln neben der Drehung auch die Drehrichtung des Gebersystems Gl detektiert werden. Die Anzahl der Wegmarken WIl bis WIn bzw. W21 bis W2n pro Umdrehung des Gebersystems bestimmt dabei die Anzahl von detektierbaren Winkelschritten,

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Durch die Referenzmarke Rl, die mit einer der Wegmarken WIl bis Win bzw. W21 bis W2n synchronisiert sein sollte, wird jeweils ermöglicht, festzustellen, daß das Gebersystem Gl eine volle Umdrehung vollführt hat. Jeweils eine Umdrehung des Gebersystems Gl möge dabei einen Wegabschnitt eines zu erfassenden Meßweges beinhalten. Der zu erfassende Meßweg wird dabei durch die Lage des Gebersystems Gl innerhalb von N-Umdrehungen des Gebersystems Gl repräsentiert.

Das Getriebe G hat ein Übersetzungsverhältnis von 1 : (1 - 1 / N) bzw. 1 : (1 + 1 / N). Durch dieses Übersetzungsverhältnis ist erreicht, daß das Gebersystem G2, das eine der Referenzmarke Rl des Gebersystems G2 entsprechende weitere Referenzmarke R2 trägt, mit dem Überstreichen des gesamten Meßweges entweder um eine volle Umdrehung vor- bzw. nacheilt. Da die Vor- bzw. Nacheilung linear über den Meßweg bis auf 360* anwächst, repräsentiert der jeweilige Phasenversatz zwischen der Referenzmarke Rl des Gebers Gl und der Referenzmarke R2 des weiteren Gebersystems G2 jeweils die Lage des Wegabschnittes innerhalb des Meßweges.

In der Darstellung gemäß Fig.2 sind als Sensoren für die Passage von Wegmarken Detektoren Dl bis D4 vorgesehen, von denen die Detektoren Dl und D2 die Wegmarken WIl bis WIn bzw. W21 bzw. W2n erfassen, der Detektor D3 die Referenzmarke Rl erfaßt und der Detektor D4 für die weitere Referenzmarke R2 vorgesehen ist. Die Signale der Detektoren Dl und D2 gelangen an eine Richtungseinheit RE, von der anhand der Phasenfolge der Ausgangssignale der Detektoren Dl und D2 Ein- bzw. Auszählimpulse für einen Vorwärtszähleingang IV bzw. einem Rückwärtszähleingang IR einer Zähleinrichtung Z, die inkremental den jeweiligen Weg erfaßt, ausgelöst werden. Der von der

VPA 84 P 3111 DE Ol Zähleinrichtung Z erfaßte Weg wird in digitalisierter Form über ein Bussystem B einer Auswerteeinrichtung AE zugeführt.

Wenn vom Detektor D3 die Passage einer Referenzmarke Rl erkannt wird, wird eine Schaltstufe S2 wirksamgeschaltet, so daß der in diesem Augenblick vorliegende Zählerstand über die Schaltstufe S2 an die Auswerteeinrichtung AE adressiert werden kann. Sobald daraufhin die weitere Referenzmarke R2 registriert wird, kann über eine Schaltstufe S3 der jeweils zu diesem Zeitpunkt aktuelle Zählerstand über die Schaltstufe S3 adressiert der Auswerteeinrichtung AE mitgeteilt werden. Aus der Kenntnis der Differenz zwischen den von den Schaltstufen S3 bzw. S2 kommenden Zählerständen ist der Auswerteinrichtung AE stets die Möglichkeit gegeben, die absolute Lage des Wegabschnittes innerhalb des Meßweges zu bestimmen. (An Stelle des Versatzes zwischen der Referenzmarke Rl zur weiteren Referenzmarke R2 könnte auch der Versatz zwischen der weiteren Referenzmarke R2 und der Referenzmarke Rl ausgewertet werden). Durch das von der Zähleinrichtung Z an die Auswerteeinrichtung AE direkt gelangende Zählergebnis kann der Feinort innerhalb des zu erfassenden Meßweges bestimmt werden.

Wenn Störungen des Systems, beispielsweise Spannungsausfälle von der Auswerteeinrichtung AE festgestellt werden, ist es möglich,jeweils mit dem Auftreten einer Referenzmarke über eine Schaltstufe Sl ein Rücksetzen der Zähleinrichtung Z in eine Grundstellung zu veranlassen. Falls unter bestimmten Voraussetzungen jeweils mehrere codierte Referenzmarken verwendet werden sollten, wäre eine Synchronisation der Wegmeßeinrichtung innerhalb von durch die Anzahl der Wegmarken gegebenen Bruchteilen eines Wegabschnittes möglich.

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In der Darstellung gemäß Fig.3 ist in Zeilen I bzw. II das Ausgangssignal der Detektoren D3 und D4 zeitsynchron dargestellt.Daraus ist ersichtlich,daß zwischen den Ausgangssignalen der Detektoren D3 und D4 jeweils ein linear anwachsender Phasenversatz vorliegt, der durch das Produkt der Anzahl der jeweiligen Umdrehungen (k = O bis N) des Gebersystems Gl und einen Winkel gegeben ist, der wiederum den N-ten Teil von 360° entspricht.

Anstelle zweier Gebersysteme könnte auch ein einziges Gebersystem verwendet werden, auf dem sämtliche Weg- und Referenzmarken angeordnet sind. Eine derartige Anordnung empfiehlt sich insbesondere bei translatorischen Bewegungen. Als Geber dient in diesem Fall eine Linearmaßstab, der unmittelbar an der MeGstrecke vorgesehen sein kann. Dadurch wird eine sehr genaue Wegerfassung ermöglicht, da sämtliche toleranzbedingten Fehlereinflüsse ausgeschaltet werden.

5 Patentansprüche
3 Figuren

Claims (5)

VPA 84 P 3111 DE Ol Patentansprüche

1.'Inkremental^ Wegmeßeinrichtung, bei der aufeinanderfolgenden Wegabschnitten eines vorgegebenen Meßweges jeweils mindestens eine Folge von äquidistanten Wegmarken eines bewegten Gebersystems zugeordnet ist,deren Passage und deren Passagerichtung von mindestens einem stationären Sensor detektierbar ist, wodurch Ein- und Auszählimpulse für eine jeden aktuellen Weg bewertende Zähleinrichtung auslösbar sind, wobei für jeden Wegabschnitt mindestens eine Referenzmarke des Gebersystems wirksam ist, deren Auftreten ebenfalls durch einen stationären Sensor detektierbar ist, und wobei jeweils mit dem Detektieren einer Referenzmarke die Zähleinrichtung synchronisierbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Referenzmarke (Rl) eine wegabschnittspezifisch phasenverschobene weitere Referenzmarke (R2) zugeordnet ist, daß das Auftreten der weiteren Referenzmarken (R2) ebenfalls durch mindestens einen stationären Sensor (D4) feststellbar ist, daß Schaltmittel (S2, S3) zum Detektieren des Phasenversatzes der weiteren Referenzmarken (R2) zu den jeweils benachbarten Referenzmarken (Rl) vorgesehen sind und daß mit Hilfe einer Auswerterichtung (AE) durch den detektierten Versatz die Position des jeweiligen Meßabschnittes innerhalb des Meßweges bestimmbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Referenzmarken (Rl) und die weiteren Referenzmarken (R2) jeweils zueinander innerhalb des vorgegebenen Meßwegs einen über den Meßweg linear anwachsenden Versatz bis auf die Länge eines Wegabschnittes aufweisen.

Z/

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß für die weiteren Referenzmarken (R2) ein weiteres zum ersten (Gl) asynchron bewegbares Gebersystem (G2) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Gebersystem (Gl) und das weitere Gebersystem (G2) über ein mechanisches Getriebe (G) miteinander verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den Gebersystemen (Gl, G2) jeweils rotierende Bewegungen ausführbar sind.