DE3610642A1

DE3610642A1 - Verfahren zum erkennen einer position

Info

Publication number: DE3610642A1
Application number: DE19863610642
Authority: DE
Inventors: Tutomu Yawata Kyoto Ueyama
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1985-04-02
Filing date: 1986-03-29
Publication date: 1986-10-02
Also published as: JPS61228309A; DE3610642C2; US4751383A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen der Position eines Gegenstandes durch Gewinnen eines Signals von einer als Bezug für einen Linear-Encoder, einen Drehencoder usw. dienenden Skala, insbesondere ein Verfahren zum Erkennen einer Position, die von einem Teilungsfehler der Skala unbeeinflußt ist.

Es sind Verfahren zum Erkennen einer Position, eines verborgenen Lichtes oder von Moire für jeden Teilunt-jsstrich einer optischen Skala oder einer Moire-

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Skala bekannt, die jeweils als Bezug für einen Linear-Encoder, einen Drehencoder oder dergleichen dienen. Dabei werden die Skalen mittels fotoelektrischer Elemente abgelesen oder aber die Teilung einer elektrischen oder magnetischen Skala durch eine Induktionsspannung erkannt, um die Bewegungsrichtung eines Meßobjektes zu erkennen und schließlich seine Position zu ermitteln. Es wird, mit anderen Worten, der Skalierungsabstand von verschiedenen Skalen mittels eines optischen Sensors, eines elektrischen Sensors, eines Magnetsensors oder dergleichen ermittelt und eine Position basierend auf den von diesen Sensoren erkannten Signalen erkannt.

Da die Skala als Referenz mittels fotoelektrischer oder magnetischer Mittel gelesen wird und die gelesene Information erkannt wird und betrieben wird um ein Positionssignal auszugeben, ist es erforderlich, den Skalenfehler selbst zu minimieren, um die Genauigkeit der Positionserkennung zu verbessern. Auch wenn der Skalenfehler selbst minimiert wird, kann beispielsweise bei einem Abtastsystem mit einer Drehtrommel ein anderer Fehler aufgrund der Trommeldrehung auftreten, der ein Problem macht, da ein Signal eines koaxial mit der Trommel angeordneter Encoder verwendet wird, um ein Signal in der Hauptabtastrichtung zu gewinnen. Da, mit anderen Worten, bei einer Drehtrommel kleine radiale Schwingungen nicht vermeidbar sind, ist ein gewisser Fehler in der Aufzeichnungsposition der Trommeloberfläche aufgrund dieser radialen Schwingung unvermeitlich. Da die Trommel mit dem Encoder koaxial angeordnet ist, ist bei derartigen Abtastsystemen eine genaue Zentrierung erforderlich.

BOEHMERT & BOEHMEKT

Um diesen Fehlerquellen zu begegnen, wurde vorgeschlagen, die Skalen für das Positionssignal auf dem Umfang der zu beobachtenden Trommel aufzuspannen. Auf diese Weise wird zwar der Fehler der zu beobachtenden Skala minimiert, jedoch liegt ein weiterer Fehler in dem mechanischen System zum Antrieb des Meßobjekts vor. Bei dem Stand der Technik ist es daher generell so, daß bei dem Lesen einer Information von jeder Skalenteilung zur Gewinnung eines Positionserkennungssignals basierend auf dieser Information, ein Fehler zwischen zwei benachbarten Skalenteilungen als auch ein sich während des Lesevorgangs akkumulierender Fehler unvermeidlich sind.

Zi Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen einer Position zu schaffen, in dem ein Positionserkennungssignal gewonnen werden kann auf der Grundlage eines bestimmten Abstandes, ohne durch äußere Faktoren betroffen zu werden, durch Erkennen des vorangehenden Fehlers der zu korrigierenden Skala, so daß eine genaue Positionserkennung durchgeführt werden kann basierend auf einem Ausgangssignal, das keinerlei Teilungsfehler der Skala aufweist, wodurch die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Signal Teilung für Teilung zu erkennen, d.h. für jede Teilung, durch wenigstens zwei Detektoren. Das ausgegebene, von einer auf dem relativ zu einem Meßsystem bewegten Meßgegenstand angebrachten Positionserkennungsskala stammende Signal wird von einem fotoelektrischen oder einem magnetischen Mittel gelesen. Ein Ausgangswert eines Abschnitts der Skala, der von einem ersten Detektor geliefert wird, der vor-

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angehend ein Signal von der sich relativ zu dem Meßsystem bewegenden Positionserkennungsskala stammt, wird geliefert. Der gespeicherte Ausgangswert wird mit einem Ausgangswert von einem zweiten Detektor verglichen, der nachfolgend ein Signal beobachtet, das von demselben Abschnitt stammt. Ein Positionserkennungssignal wird ausgegeben, wenn zwei Ausgangssignale übereinstimmend sind» Ein Ausgangswert des vorangehenden ersten Detektors wird gleichzeitig gespeichert. Diese Verfahrensschritte werden wiederholt, um weitere Positionserkennungssignale zu gewinnen, um die Position des Meßobjekts festzustellen.

Bei diesen Verfahren zum Erkennen einer Position wird ein Positionserkennungssignal ausgegeben zu einem Zeitpunkt, an dem ein Signal des Abschnitts, an dem der vorangehende erste Detektor ein Signal von der Skala erkannt hat, von dem zweiten Detektor erkannt wird. Der Ausgangswert des ersten Detektors wird gleichzeitig gespeichert, ein Positionserkennungssignal wird wieder ausgegeben, wenn der zweite Detektor denselben Wert wie den eingespeicherten Wert erkannt hat. Danach wird das Positionserkennungssignal jedesmal ausgegeben, wenn der Ausgangswert des ersten Detektors dem Ausgangswert des zweiten Detektors gleich wird, das Positionserkennungssignal wird mit anderen Worten auf der Grundlage des festen Abstandes zwischen dem ersten Detektor und dem Detektor ausgegeben, wodurch Signale von gleichem Abstand ausgegeben werden.

Weiter Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigt bzw. zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung, die das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung der Position eines Gegenstandes wiedergibt,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Abtastsystems vom Trommeltyp, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung von Einzelheiten des in Figur 2 gezeigten Systems,

Fig. 4 einen Zustand, in dem eine Abbildung einer Skala auf einem Zeilensensor fokussiert wird,

Fig. 5 Wellenformen des Zeilensensors,

Fig. 6 ein „Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Schaltkreises wiedergibt,

Fig. 7 Wellenformen im Betriebszustand von wichtigen Teilen des in Figur 6 gezeigten Schaltkreises, und

Fig. 8 und

Fig. 9 Darstellungen, die zur Erläuterung

eines anderen Ausführungsbeispieles dienen.

BOEHMERT & BOEHMERT - -.. ,

In den Figuren 1 und 2 werden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Eine Positionserkennungsskala 2 ist in Drehrichtung auf dem Umfang einer Trommel 1 angeordnet, wobei die Oberfläche durch Ätzung oder dergleichen beeinflußt worden ist, so daß Licht von den geätzten Abschnitten unregelmäßig und von den nicht geätzten Flächen regelmäßig reflektiert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Skala ebenso wie eine in der Nebenabtastrichtung angeordnete weitere Positionserkennungsskala 14 optisch abgetastet.

Zunächst soll unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 das optische System dieses Ausführungsbeispiel beschrieben werden.

Der die Drehung der in Figur 1 gezeigten Drehtrommel 1 bewirkende Antriebsmotor ist in Figur 2 nicht wiedergegeben. Die Drehtrommel ist ist zur Drehung in der Hauptabtastrichtung gelagert. Ein Aufzeichnungskopf 3 wird in der Nebenabtastrichtung mittels einer von einem Antriebsmotor 5 angetriebenen Führungsspindel bewegt, also in einer Richtung parallel zu der Achse der Drehtrommel 1. Die Skala 2 wird von einem Abtastkopf 6 beobachtet. Der Abtastkopf 6 sendet Licht einer Lichtquelle 11 auf die Skala 2 über eine zur Beleuchtung dienende Kondenserlinse 10, einen Halbspiegel 9, eine 1/4X-Platte 8 und eine Objektivlinse 7. Eine Abbildung der Skala 2 wird über die Objektivlinse 7 und den Halbspiegel 9 auf einen Zeilensensor 12 fokussiert, der aus vier fotoelektrischen Elementen besteht. Die 1/4>-Platte 8 dient dazu, zu verhindern, daß von der Skala reflektiertes Licht zur Lichtquelle zurückkehrt und Interferenzen verursacht. Ein Abtastkopf 13 der zweiten, in der Nebenabtastrichtung entlang der Trommel 1

BOEHMERT Ä

angeordneten zweiten zur Positionserkennung dienenden Skala 14 ist entsprechend zum Ablesen der zweiten Skala 14 vorgesehen. Die Skala 14 ist dabei ortsfest, der Abtastkopf 13 ist auf dem Aufzeichnungskopf 3 befestigt und bewegt sich mit diesem.

Figur 4 zeigt einen Zustand, in dem die Abschnitte der Skala 2 auf dem Zeilensensor 12 abgebildet werden. Die Skalenteilung der Abbildung entspricht dabei dem Abstand der fotoelektrischen Elemente des Zeilensensors 12, was durch eine entsprechende Einstellung der Vergrößerung des Bildes auf dem Zeilensensor 1 2 bewirkt wird, also durch Justierung des Verhältnisses des Abstandes zwischen der Objektivlinse 7 und der Oberfläche der Skala 2 zu dem Abstand der Objektivlinse 7 zu dem Zeilensensor 12. Die in Figur 4 schraffiert wiedergegebenen Abschnitte entsprechen den geätzten Bereichen, die freien Abschnitte geben die Bereiche mit regelmäßiger Reflektion an.

Figur 5 zeigt die fotoelektrischen Ausgangssignale Ag, Bq, Cq, Dq der jeweiligen fotoelektrischen Elemente A, B, C, D. Sie bilden dreiecksförmige Wellen, da ein Schwarz-Weiß-Muster den rechteckigen Sensor passiert. Diese Ausgangssignale werden üblicherweise als Positionserkennungssignale verwendet, die Skalenteilung der Abbildung ist jedoch nicht völlig mit dem Abstand der Sensorelemente übereinstimmend aufgrund einer Interferenz mit dem Teilungsfehler der Skala, wie dies oben beschrieben worden ist.

Im folgenden wird auf Figur 1, die das Grundprinzip der Erfindung wiedergibt, verdeutlicht. Figur 1 zeigt, wie das von dem Zeilensensor 12 kommende Signal zur Gewin-

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Signal zur Gewinnung eines Positionserkennungssignals verarbeitet wird, ohne mit dem Teilungsfehler der Skala zu interferieren. Die fotoelektrischen Elemente A, B, C und D werden zur Erkennung in zwei Gruppen aufgeteilt, d.h. in eine Elementengruppe D, C und eine zweite Elementengruppe B, A. Bei Gewinnung der Ausgangssignale dieser Gruppen als D_n, C₀ bzw. Bq, A₀ und Gewinnen der Ausgangssignale (C₀ - D₀) / (Cq + D₀), (A₀ - B₀) / (A₀ + Bq) erhält man dreieckförmige Wellen bei Bewegen des Schwarz/Weiß-Musters der Skala 2 in Richtung des in Figur 1 gezeigten Pfeiles.

Die Position zum Zeitpunkt eines Rechensignals (Aq Bq) / (Aq + Bq) = 0 ist eine mittlere Position, da der Abstand des Schwarz/Weiß-Musters der Skala dem Abstand der Sensorelemente entspricht.

Wenn kein Teilungsfehler der Skala vorliegt, sind sowohl das Rechensignal (A_n -Bq)/ (A_Q + B_Q) der Sensorgruppe A, B und der Rechenausgang (Cq - Dq) / (C_Q + D_Q) der Sensorgruppe C, D benachbart der Gruppe A, B bei einer Skalenteilung 0 im Mittelpunkt. Die Rechenausgänge beinhalten jedoch tatsächlich eine gewisse Abweichung aufgrund des Teilungsfehlers und deren Akkumulation in dem Skalenmuster selbst.

Das Ausmaß der Abweichung der Skalenteilung eines Erkennungsobjekts bezüglich des Abstandes zwischen den Mittellinien der Sensoren A, B und denen der Sensoren C, D kann erfolgreich bestimmt werden durch Lesen eines Wertes der Rechensignale (Cq - Dq) / (C₀ + Dq) zu einem Zeitpunkt, an dem das Rechensignal (Aq - B_Q) / (A_Q + Bq) 0 ist in der Relativbewegung entweder der Skala 2 oder des Liniensensors 12.

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Ein Ausgangswert K) des Signals (C₀ - D₀) / (C₀ +
(also eines Wertes zum Zeitpunkt D-j in Figur 1 (b)) zum Zeitpunkt, an dem das Rechensignal (Aq - Bg) / (Aq + Bq) = 0 (also zu dem Zeitpunkt T₁ in Figur 1 (a)) ist mit anderen Worten der Teilungsfehler der Skala.

Erfindungsgemäß dient also das Rechensignal (Aq - Bq) / (Aq + Bq) als Trigger, während das Rechensignal (Cq Dq) / (Cq + Dq) als Korrektursignal dient. Entsprechend wird in Figur 1 ein Positionserkennungssignal zu einem Zeitpunkt t-j ausgegeben, wenn das Rechensignal (Aq Bq) / (Aq + Bq) der Sensoren A, B einen Mittelpunkt eines Teiles n-j der Skala 2 gleich 0 aufweisen. Zum selben Zeitpunkt wird der Wert (<*-) des Rechensignals (C₀ - Dq) / (C₀ + Dq) eines Teiles n₂ der Skala gehalten. Sodann bewegt sich die Skala 2 in Richtung des Pfeiles und das Positionserkennungssignal wird zu einem Zeitpunkt t₂ ausgegeben, wenn das Rechensignal (Aq Bq) / (Aq + Bq), das bezüglich dem Teil n₂ durch die Sensoren A, B erkannt worden ist gleich 0 ist. Zu dem Zeitpunkt t₂ wird ein Wert (ß) des Rechensignals (Cq Dq) / (Cq + Dq) eines Teiles n-j der vorangehenden Sensoren C, D gehalten mit der Bewegung der Skala 2. Das Positionserkennungssignal wird ausgegeben, wenn die Skala zur Erkennung des Teiles η ^ unter Verwendung der Sensoren A, B ausgegeben wird und das Rechensignal (Aq - B₀) / (A₀ + B₀) (ß) beträgt. Gleichzeitig wird ein Wert (γ) des Rechensignals (C_Q - D_Q) /(C₀+ D_Q) gehalten, anschließend wird das Positionserkennungssignal auf dieselbe Weise ausgegeben.

Wenn die Skala einen Teilungsfehler hat, schreitet der Abstand 1.. zwischen den Mittelpunkten der Skalenab-

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schnitte (also die Skalenteilung) zu 1-j¹, l-\" fort und erzeugt unterschiedliche Abweichungen, wie dies in Figur 1 (a) gezeigt ist. Entsprechend wird das Positionserkennungssignal zu dem Zeitpunkt ausgegeben, in dem die mittlere Position der folgenden Sensoren einen Punkt passieren, in dem die Skala vorangehend erkannt worden ist, so daß das Ausgangssignal für jeden Abstand I2 zwischen den Mittelpunkten der Sensoren gewonnen wird. Da das Signal I2 zwischen den Sensoren immer fest und konstant ist, ist jedes auf der Grundlage dieses gleichbleibenden Abstandes ausgegebene Signal gleich und von einer gleichbleibenden Teilung und damit für die Erfindung verwendbar.

Da das Rechenausgangssignal als Bezug für die folgenden Sensoren gewonnen wird als Trägersignal, während das Rechensignal des vorangehenden Sensors als Korrektursignal verwendet wird, wird das Rechensignal der folgenden Sensoren basierend auf dem Korrektursignal bestimmt, um die Skalenteilung zu ersetzen, jedes Positionserkennungssignal wird durch jede Sensorteilung ausgegeben, so daß Interferenzen aufgrund eines Teilungsfehlers der Skala, eine unregelmäßige Bewegungsgeschwindigkeit der Skala oder der Sensoren usw. vollständig vermieden wird.

Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Schaltkreises, der auf dieser Grundlage aufgebaut ist, Figur 7 zeigt die entsprechenden Signale verschiedener Teile dieser Schaltungsanordnung. Das Ausgangssignal jedes der fotoelektrischen Elemente A, B, C und D des Zeilensensors 12 wird mittels verschiedener Wandler-Schaltkreise 20, 21, 22, 23 umgewandelt, um Differenzverstärkern 24, 25 und Addierverstärkern 38, 39 eingegeben und weiter

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Dividierverstärkern 40, 41 zugeführt zu werden. Ein Ausgangssignal (a) des Dividierverstärkers 40 wird einem Schmitt-Trigger (26) und einem Vergleichsschaltkreis 31 eingegeben. Ein Ausgangssignal (b) des Dividier-Schaltkreises 41 wird entweder einem sample-andhold-Schaltkreis 29 oder aber - abhängig von der Stellung eines Analog-Schalters 35 einem sample-and-hold-Schaltkreis 30 eingegeben. Das Ausgangssignal dieser sample-and-hold-Schaltkreise 29, 30 wird über einen Analog-Schalter 36 dem Vergleichs-Schaltkreis 31 zugeführt. Das Ausgangssignal (c) des Schmitt-Triggers 26 wird einem Inverter 27 und einem Flip-Flop 28 zugeführt. Das Ausgangssignal (d) des Flip-Flops 28 steuert die Analog-Schalter 35 und 36 sowie einen Analog-Schalter 37. Das Ausgangssignal (e) des Inverters 27 und das Ausgangssignal (f) des Vergleich-Schaltkreises 31 wird einem AND-Schaltkreis 32 zugeführt. Das Ausgangssignal (g) des AND-Schaltkreises 32 wird monostabilen Multivibratoren 33, 34 zugeführt. Der Ausgangsimpuls (i) zum Takten des monostabilen Multivibrators 34 wird entsprechend der Stellung des Analog-Schalters 27 entweder dem sample-and-hold-Schaltkreis 29 oder dem sample-andhold-Schaltkeis 30 zugeführt.

Wenn bei dieser Anordnung das Rechensignal (a) der Sensoren A, B, gleich 0 ist, ist der Anfangswert des sample-and-hold-Schaltkreises 29 gleich 0, der Vergleichskreis 30 stellt fest, daß beide gleich 0 sind. Das "L"-Signal (c) des Schmitt-Triggers 26 wird von dem Inverter 27 in ein "H"-Signal invertiert, das den AND-Schaltkreis 32 öffnet, und so das Rechensignal (a) der Sensoren A, B erhöht. Wenn das Ausgangssignal (a) größer als 0 wird, wird das Ausgangssignal (f) als erstes Übertragungssignal von dem Vergleichs-Schalt-

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kreis 31 ausgegeben, und zwar über den AND-Schaltkreis 32. Der monostabile Multivibrator 33 wird von dem ersten Übertragungssignal angetrieben, um das Positionserkennungssignal (h) auszugeben. Der monostabile Multivibrator 34 wird von dem ersten Übertragungssignal des AND-Schaltkreises 32 betrieben, dessen Ausgangssignal dem sample-and-hold-Schaltkreis 30 als Taktsignal aufgegeben wird im sample-and-hold-Betrieb über den Analog-Schalter 37. Das Rechensignal (06) (Figur 1) der Sensoren C, D wird in diesem Moment in den sample-andhold-Schaltkreis 30 über den Analog-Schalter 35 gehalten. Während der Verringerung des Rechensignals (a) der Sensoren A, B, wird der Ausgang des Flip-Flops 28 durch das erste Übertragungssignal des Schmitt-Triggers 26 invertiert, um die Analog-Schalter 35, 36, 37 umzuschalten. Dieser Vorgang wird jetzt durchgeführt, wenn das Rechensignal (a) der Sensoren A, B mit dem in dem sample-and-hold-Schaltkreis 30 gehaltenen Wert 'b6" übereinstimmt, um das Positionserkennungssignal auszugeben und einen Wert "ß" des Rechensignals (b) der Sensoren C, D zu halten. Dieser Vorgang wird nachfolgend in gleicher Weise wiederholt.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden zwei Paare von Sensoren benachbart zueinander entsprechend der Skalenteilung angeordnet. Dies geschieht, weil bei Gewinnung des Rechensignals der Sensoren die Erkennungsgenauigkeit verbessert wird durch Erkennung der Mittelpunkt-Positionen der Skalenabschnitte.

Weiter wird ein Dividiervorgang durchgeführt, um eine Ungleichmäßigkeit der Dichte der Skalenabschnitte zu korrigieren. Bei Erstellen der Skale durch Ätzen wird eine höhere Genauigkeit bezüglich der Mittelpunkte als

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für die Kantenabschnitte gesichert, auch diese Besonderheit wird bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Entsprechend ist der Teilungsfehler der miteinander benachbarten Skalenabschnitte nicht so groß, daß die

akkumulierten Teilungen (o,/3, «K, ) den Bereich des

geraden Bereichs der dreieckförmigen Wellen, die von den Differenzsignalen stammen, nicht verlassen, wenn Teilungsfehler festgestellt werden, die als Korrektursignale verwendet werden bei einer Umdrehung der Drehtrommel in diesem Ausführungsbeispiel. Weiter werden im Falle einer geringen Unebenheit der Skalendichte die Addier-Multiplizierer 38, 39 und Dividierer 40, 41 nicht benötigt, die Ausgangssignale (a), (b) der Differenz-Verstärker 24, 25 können als Signale (a), (b) verwendet werden. Weiter ist es, wenn die Genauigkeit der Skala ausreichend ist, zwei Sensoren A, C in einem der Teilung der Skala entsprechenden Abstand anzuordnen, wie dies in Figur 8 gezeigt ist, um den oben beschriebenen Rechenvorgang durchzuführen. Bei einer solchen Anordnung wird, wenn der Sensor A einen Wert ( oc\ ) zu einem Zeitpunkt t-| für einen Skalenabschnitt η·| ausgibt, das Ausgangssignal (A^ ) des Sensors (c) für einen Teil n₂ gehalten. Das Positionserkennungssignal wird ausgegeben, wenn der Sensor A den Wert (ß-\) zu einem Zeitpunkt C₂ für ein Teil n₂ ausgibt und zu demselben Zeitpunkt der Sensor C einen Wert (^ ) für einen Abschnitt n-j ausgibt, gehalten, um denselben Rechenvorgang durchzuführen, um ein Positionserkennungssignal zu erhalten. Mit anderen Worten kann, wenn zwei Signale für eine Skalenteilung gewonnen werden, das Positionserkennungssignal gewonnen weren durch Konvertieren des sich aus den beiden Signalen ergebenen Sensorabstandes in ein Bezugssignal.

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Wenn eine bestimmte Unregelmäßigkeit in der Bewegungsgeschwindigkeit der Skala vorliegt, gibt der Ausgangswert (C₀ - Dq) / (Cq + Dq) die Unregelmäßigkeiten zwischen den Skalenteilungen jedesmal an, wenn der Wert (a) des Ausgangssignals (A₀ - B₀) / (A₀ + B₀) gleich 0 ist.

Weiter ist es, wie in Figur 9 gezeigt wird, möglich, die in Figur 1 gezeigten Sensorelemente A, B, C, D in Sensorengruppen (oder Sensorenpaaren) A^, A2; B-j , B2; C-], C2; D-], D2 zur Bildung eines Zeilensensors 42 aufzuteilen. Bei Verwendung eines solchen Zeilensensors 42 kann dieselbe Berechnung durchgeführt werden, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, durch Addieren der Ausgangssignale der Sensorelemente A-j, A2; Β·|, B2; C-j, C2/ D₁, D₂ und Gewinnen des Differenzsignals aus diesen. Durch Gewinnen eines Differenzsignals jedes aufaddierten Ausgangssignals der Sensoren A₂, B-] , B₂, C-^ sowie eines Differenzausgangssignals jedes addierten Ausgangssignals der Sensoren A^ , B-. und B^ , B2 ist es möglich, ein Ausgangssignal zu gewinnen, dessen Abweichung von 1/4 Teilung (einer Phasendifferenz von 90°) zugewinnen, so daß die Bewegungsrichtung der Skala erkannt wird durch Feststellen des Voreilens oder Nacheilens der Phase.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Skala durch optische Mittel gelesen, es können jedoch auch magnetische Mittel, etwa eine auf dem Hall-Effekt beruhende Einrichtung zum Lesen verwendet werden. Es kann jedes Signal verwendet werden, soweit dies zur Erkennung der Skala geeignet ist.

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Bei der in Figur 2 gezeigten Anordnung ist der Abtastkopf 13 auf dem Aufzeichnungskopf 3 befestigt, es ist jedoch auch möglich, die Positionserkennungsskala 14 auf dem Aufzeichnungskopf 3 zu befestigen und den Abtastkopf 13 für die Relativbewegung anzuordnen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann weiter zum Abtasten von Bildvorlagen verwendet werden.

Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren zum Positionserkennen wird das entsprechend der Skalenteilung gewonnene Signal als Fehlererkennungssignal gehalten durch Bestimmen der Abweichung zwischen aufeinander folgenden Teilungen. Das als Korrektursignal dienende gehaltene Signal wird in ein gleichförmiges Teilungssignal entsprechend dem Abstand gewandelt, der zwischen zwei Detektoren vorliegt zum Erkennen desselben Abschnitts der Skala. Das Ausgangssignal wird als Positionserkennungssignal verwendet. Im Ergebnis wird eine hochgenaue Erkennung der Position ermöglicht ohne Interferenz mit den Teilungsfehlern der Skala. Wenn eine Unregelmäßigkeit in der Bewegungsgeschwindigkeit der Skala vorliegt, gibt das Ausgangssignal (Cq - Dq) / (Aq + Bq) immer die Unregelmäßigkeit an, wenn das Ausgangssignal (A₀ - B₀) / (A₀ + B₀) 0 ist.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist weiter verwendbar, wenn zwei unterschiedliche Typen von Signalen von der Skala zu erkennen sind. Das Verfahren nach der Erfindung kann daher für eine Vielzahl von Positionserkennungsaufgaben verwendet werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kom-

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bination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

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Bezugszeichenliste

1 Drehtrommel

2 Skala

3 Aufzeichnungskopf

5 Antriebsmotor

6 Abtastkopf

7 Objektivlinse

8 Platte

9 Halbspiegel

10 Kondenserlinse

11 Lichtquelle

12 Zeilensensor

13 Abtastkopf

14 Skala

20 Wandler

21 Wandler

22 Wandler

23 Wandler

24 Differenz-Verstärker

25 Differenz-Verstärker

26 Schmitt-Trigger

27 Inverter

28 Flip-Flop

29 sample-and-hold-Schaltkreis

30 sample-and-hold-Schaltkreis

31 Vergleichs-Schaltkreis

	BOEHMERT & BOEHMERT	AND-Schaltkreis
	*-y-_A*	monostabiler Multivibrator
32	multistabiler Multivibrator
33	Analog-Schalter
34	Analog-Schalter
35	Analog-Schalter
36	Addier-Verstärker
37	Addier-Verstärker
38	Dividier-Verstärker
39	Dividier-Verstärker
40	Zeilensensor
41	Sensorelement
42	Sensorelement
A	Sensorelement
B	Sensorelement
C	Signal
D	Signal
a	Signal
b	Signal
C	Signal
d	Signal
e	Signal
f	Signal
g
h

Claims

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1. Verfahren zum Erkennen einer Position, gekennzeichnet durch

Erkennen eines Signals in regelmäßigen Abständen mittels wenigstens zwei Detektoren, wobei das Signal ausgegeben wird von einer mittels fotoelektrischer oder magnetischer Mittel zu lesenden Positionserkennungsska-Ia,

erneutes Speichern eines Ausgangswerts eines vorangehenden Detektors der beiden Detektoren zu einem Zeitpunkt, wenn der Ausgangswert eines folgenden Detektors der beiden Detektoren in die Nähe einer Skalenposition kommt, zu dem der Ausgangswert des vorangehenden Detektors gespeichert worden ist und dem Ausgangswert des vorangehenden Detektors gleich wird, und

Ausgeben eines Positionserkennungssignals,
wobei diese Verfahrensschritte wiederholt werden.

ROEHMRRT & BOEHMERT

2. Verfahren zum Erkennen einer Position nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Erkennen eines von einer Positionserkennungsskala für jede Skalenteilung durch vier Detektoren ausgegebenen Signals,

erneutes Speichern eines Rechensignalwerts von zwei vorangehenden Detektoren zu einem Zeitpunkt, zu dem der Signalausgangswert der folgenden beiden Detektoren einer Skalenposition nahe kommt, bei der der Signalausgangswert der vorangehenden beiden Detektoren zuvor gespeichert worden ist und dem Signalwert der vorangehenden beiden Detektoren gleich wird, und

Ausgeben eines Positionserkennungssignals,
wobei die Schritte wiederholt werden.

3. Verfahren zum Erkennen einer Position nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Erkennen eines von einer Positionserkennungsskala stammenden Signals für jede Teilung von acht Detektoren ausgegebenen Signals, und

Verwenden der durch Kombination der Ausgangssignale der jeweiligen Detektoren gewonnenen Signale als Ausgangssignal der vorangehenden Detektoren, Ausgangssignal der folgenden Detektoren und als Ausgangssignal der Detektoren für die Phasendifferenz.

BOEHMERT & BOEHMERT - ::'. :"'. '.'.-:'.'

4. Verfahren zum Erkennen einer Position nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch

Gewinnen eines Ausgangswertes des folgenden Detektors jedesmal, wenn ein Ausgangssignal des vorangehenden Detektors einen vorbestimmten festen Wert erreicht, und

Verwenden einer Abweichung der Ausgangswerte zur Erkennung der Unregelmäßigkeit der Skalenteilung.