DE3829279A1

DE3829279A1 - Verlaengerung der messstrecke eines positionsgebers

Info

Publication number: DE3829279A1
Application number: DE19883829279
Authority: DE
Inventors: Hans-Diedrich Kreft; Wolfgang Proehl
Original assignee: Angewandte Digital Elektronik GmbH
Current assignee: Angewandte Digital Elektronik GmbH
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-03-01
Also published as: DE3829279C2

Description

Das Positioniersystem POMUX, Patent-Nr.P 32 44 891.0-52, ermög licht die absolute berührungslose Positionierung von einem oder mehreren Permanentmagneten auf der gesamten Länge von POMUX zu einem frei wählbaren Nullpunkt (siehe Fig. 1).

POMUX ist jedoch bei langen Meßstrecken ein teures Positio niersystem und findet daher auf langen und sehr langen Meßwe gen praktisch keine Anwendung.

Die hier dargelegte Erfindung ermöglicht mit POMUX eine preis günstige, absolute, berührungslose Positionierung eines Perma nentmagneten auf langen und sehr langen Meßstrecken.

Hierbei werden ein kurzer POMUX (z.B. 470 mm) an dem zu po sitionierenden Teil, im folgenden Teil P genannt, und die Permanentmagneten entlang der Meßstrecke in definierten immer verschiedenen Abständen (Fig. 2, a ₁....a _(n-1), welche POMUX abspeichert, befestigt. Die Abstände müssen außerdem so ge wählt sein, daß, wenn POMUX sich über der Meßstrecke befin det, immer mindestens 2 Magnete über dem Meßweg von POMUX sind.

Da POMUX auf Teil P fest montiert ist, ist mit seiner Posi tionierung auch Teil P positioniert. Daher ist im folgenden ausreichend, die Positionierung von POMUX zu beschreiben.

Befindet sich POMUX nun über der Meßstrecke (Fig. 3) kann er, da die Magnetabstände so gewählt wurden, mindestens 2 Magnete zum eigenen Nullpunkt positionieren (p 1, p 2). Den charakteristischen Abstand der 2 Magnete ermittelt POMUX durch Differenzbildung zwischen p 2-p 1. Da jeder Abstand benachbarter Magnete einmalig ist, kann POMUX aufgrund des ermittelten Abstandes die Position des Magneten M(m-1) zum Nullpunkt der Meßstrecke (Pm-1) ermitteln, indem er, die in ihm abgespeicherten Magnetabstände a ₁ bis a _m-2 addiert. Zieht man von Pm-1 p 1 ab, so erhält man die absolute Position von POMUX und dadurch natürlich auch die des Teiles P.

Wesentlich bei dieser Vorrichtung zur absoluten berührungs losen Positionierung ist, daß POMUX immer mindestens 2 Magnete mit charakteristischem Abstand erfaßt und, aufgrund deren Abstandes, die Position eines von POMUX positionierten Mag neten bestimmt wird, wodurch, durch Subtraktion von p 1, die absolute Position des Teiles P ermittelt wird.

Die Ermittlung der absoluten Position eines von POMUX erfaß ten Magneten muß jedoch nicht durch die vorher beschriebene Addition der Magnetabstände geschehen, sondern kann auch bestimmt werden, indem dem charakterischen Abstand direkt eine absolute Position zugeordnet wird (wodurch das Prozes sorzeit benötigende Addieren wegfällt). Die direkte Zuordnung einer absoluten Position muß nicht von POMUX gemacht werden. Diese Aufgabe könnte ebenso ein externer Rechner übernehmen, der von POMUX den charakteristischen Abstand erhält. Wenn POMUX dem externen Rechner zusätzlich p 1 sendet, kann dieser die absolute Position des Teiles P bestimmen.

Ein Kalibrierlauf könnte die zur Positionsermittlung nötigen charakteristischen Abstände ermitteln und die Installation des Systems einfach gestalten. Vor Beginn des Kalibrierlaufes müssen zunächst die Magneten vom Bediener entlang der Meß strecke befestigt werden. Anschließend wird POMUX von links nach rechts, beginnend über den ersten zwei Magneten, langsam entlang der Meßstrecke geführt. POMUX muß während des Kali brierlaufes:

1. kontrollieren, ob sich immer mindestens 2 Magnete von POMUX positionieren lassen, denn dieses bedingt ja die hier beschriebene absolute Positionierung. Ist dies auf der Meßstrecke einmal nicht der Fall, kann POMUX den Be diener auffordern, den Magnetabstand an der entsprechenden Stelle der Meßstrecke zu verkleinern.
2. die Abstände der von POMUX erfaßten Magneten errechnen und kontrollieren, ob der ermittelte Abstand bereits abgespeichert wurde, denn dann wäre der Abstand nicht mehr charakteristisch. Der Bediener müßte in diesem Fall aufgefordert werden, den rechten der beiden Magnete zu verschieben, so daß auch dieser Abstand charakteristisch ist.
3. die charakteristischen Magnetabstände abspeichern.

Wie deutlich wird, kann POMUX durch einen solchen Kalibrier lauf die zur absoluten Positionserfassung benötigten Daten selbst ermitteln. Ein solcher Kalibrierlauf hat außerdem den Vorteil, daß sich das System an eine Veränderung der Magnet abstände einfach anpassen kann, die durch thermische und me chanische Einflüße entstehen können.

Es ist aber auch eine teilweise inkrementale Positionierung möglich (siehe Fig. 4). Das Prinzip beruht darauf, daß POMUX immer mindestens 1 Magneten auf der eigenen Meßstrecke erfas sen kann und die Position eines Magneten zu dem definierten Nullpunkt der Meßstrecke kennt (l). Die Position des Teiles P errechnet sich dann wie folgt: P = l-p 1. p 1 ist hierbei die Position des Magneten Mx zum Nullpunkt von POMUX.

Wird das zu positionierende Teil nach rechts bewegt, wird die Position des Magneten M(x+1) erfaßt, bevor der Magnet Mx den Meßweg verläßt. POMUX kann dann den Abstand der beiden Mag nete errechnen, addiert den Abstand der beiden Magnete zu der absoluten Position des bisher erfaßten Magneten (l) und hat so wieder die absolute Position eines erfaßten Magneten zu dem definierten Nullpunkt und kann die absolute Position wieder wie vorher errechnen. POMUX kann sich also nach der Errech nung des Abstandes der Magnete aus dem Bereich des Magneten Mx bewegen. Bewegt sich das zu positionierende Teil nach links, ist der Vorgang analog, nur daß der Abstand von P subtrahiert werden muß. Voraussetzung für die inkrementale Positionierung ist nur, daß die Magnete untereinander nicht weiter als die Länge des POMUX Meßweges entfernt sein dürfen.

Wie deutlich wird, arbeitet das System nur teilweise inkre mental, denn p ₁ wird absolut bestimmt und nur l wird inkre mental ermittelt. Dadurch kann das System, wenn l abgespei chert ist, nach dem Einschalten die Position wieder korrekt ermitteln, selbst wenn Teil P auf der Meßstrecke ein wenig verschoben wurde.

Eine Kombination aus dem inkrementalen und absoluten System ist auch denkbar (siehe Fig. 5); und zwar könnnte man, an bestimmten Stellen entlang der Meßstrecken, Magnete mit klei nen Abständen anbringen, woran POMUX erkennt, daß dem Magnet abstand eine Position zugeordnet werden muß. Durch die Zuord nung einer absoluten Position auf der Meßstrecke kann ein größerer Meßfehler verhindert werden, der sich bei inkre mentaler Positionierung durch die permanente Addition bzw. Subtraktion der Abstände mit evtl. kleinen Meßfehlern ergeben könnte.

Durch diese Kombination kann außerdem an kritischen Stellen des Meßweges eine absolute Potionierung ermöglicht werden.

Das System kann auch invers aufgebaut werden, so daß die Mag nete auf dem zu positionierenden Teil befestigt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung zur Positionierung werden da durch jedoch nicht verändert.

Wie deutlich wurde, wird die Meßstrecke nur mit preiswerten Permanentmagneten bestückt und pro zu positionierendem Teil ein POMUX benötigt, wodurch die Positionierung auf sehr langen Meßwegen sehr preiswert ist. Eine solche Vorrichtung könnte z.B. in Fabrikhallen zur Positionierung von Transportwagen genutzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Verlängerung der Meßstrecke eines berührungs losen Positionsgebersystems bestehend aus einem Positionsge ber und Positionsindikatoren, bei dem der Positionsgeber min destens 2 Positionsindikatoren zu einer definierten Stelle positionieren kann,
dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsindikatoren (Mag nete) entlang einer annähernd linearen Meßstrecke in charak teristischen Abständen zueinander angebracht sind, wobei die charakteristischen Abstände ihren Abstand zu einem ge meinsamen Bezugspunkt - Nullpunkt - aller Sensoren eindeutig bestimmt,
ferner so angebracht, daß der Positionsgeber entlang der Meßstrecke immer mindestens 2 Positionsindikatoren und deren Abstand erfassen kann, der Positionsgeber an einem entlang der Meßstrecke beweglichen Trägerteil befestigt ist, und der Positionsgeber den charakteristischen Abstand zweier benachbarter Positionsindikatoren erfaßt und aufgrund der von ihm gespeicherten Zuordnung zwischen charakteristischem Abstand zweier Sensoren und ihrem Abstand zu einem gemein samen Bezugspunkt - Nullpunkt - aller Sensoren, diesen Ab stand vom Bezugspunkt aller Sensoren als Maß für die momen tane Position vom Positionsgeber und damit fest verbundenem Trägerteil ausgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Positionsindika toren so gewählt wurde, daß immer mindestens 1 Positionsindi kator vom Positionsgeber erfaßt wird, die Position eines erfaßten Positionsindikators bekannt ist, wodurch gewährleistet wird, daß aufgrund des Abstandes zweier Positionsindikatoren die Position des anderen Positionsindi katoren bestimmt wird und durch die Position eines erfaßten Positionsindikatoren auf der Meßstrecke und die Position des Positionsindikatoren zu der definierten Stelle die Position des Positionsgebers bestimmt wird und dadurch die Position des Trägerteiles.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Positionsindikatoren so angebracht wer den, daß die Positionsgeber wahlweise immer mindestens einen oder mindestens zwei Positionsindikatoren positionieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des zu positionieren den Teiles entsprechend nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 bestimmt wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Positionsindikatoren am beweglichen Teil und der Positionsgeber an der Meßstrecke befestigt werden.