DE3829905A1

DE3829905A1 - Verfahren zur positionserfassung einer achse

Info

Publication number: DE3829905A1
Application number: DE19883829905
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Grohmann; Gerd Dipl Ing Hoos; Georg Hoehn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-03-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionserfas sung einer Achse, die über ein Getriebe, das ein natürliches Übersetzungsverhältnis aufweist, von einem Motor, der Teil eines Antriebssystems ist, angetrieben wird, wobei am Antriebssystem ein Wegimpulsgeber vorgesehen ist, der über eine vorgegebene An zahl von Weginkrementen für jede seiner Umdrehungen in gleichen Winkelschritten Wegimpulse auslöst, wobei die Wegimpulse glei chen Winkelschritten der Achsbewegung entsprechen.

Die Wegimpulsgeber dienen dazu, eine genaue Positionserfassung sowohl für rotatorische Achsen als auch für lineare Achsen zu ermöglichen. Herkömmliche, beispielsweise inkrementelle oder absolute Wegimpulsgeber sind jedoch in ihrem Wertebereich be grenzt, d.h., sie können entweder pro maximaler Achsbewegung nur eine bestimmte Anzahl von Wegimpulsen abgeben oder ihr Wertebereich läßt nur eine eingeschränkte Achsbewegung zu. Eine Vergrößerung des Wertebereichs, beispielsweise von Absolutwert gebern als Wegimpulsgeber war bisher nur durch sogenannte Mul titurngeber, deren Wertebereich mittels mechanischer Getriebe gespreizt wurde, zu erreichen. Dabei muß die Auflösung der Weg impulsgeber so gewählt werden, daß die von der Achse zurückzu legende Wegstrecke innerhalb des Wertebereichs des Absolutwert gebers liegt oder die Wegstrecke muß bei geforderter Auflösung auf den Wertebereich des Gebers beschränkt sein. Beliebige Weg strecken, beispielsweise eine Vielzahl von Achsumdrehungen konnten bisher nicht realisiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, eine vom Wertebereich eines Wegimpulsgebers un abhängige Erfassung einer Achsbewegung zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) in jeder Nullage der Achse und des Wegimpulsgebers, d.h. in der absoluten Nullage, die Wegimpulse während der Achsbewe gung bis zu einem vorgebbaren Wert, bei dem die absolute Null lage wieder erreicht ist, aufsummiert werden,
b) die Wegimpulse zusätzlich auf den Bereich Modulo +/-180° der Achsbewegung begrenzt werden, wobei die Summe der Wegimpulse als Winkelschritte der Achsbewegung sowie die Summe der Moduloüberträge in jeweils einem Register hinterlegt werden.

Das Verfahren kann ohne aufwendige Modifikationen an bisher be stehenden Einrichtungen zur Positionserfassung von beliebigen Achsen angewendet werden. Die Begrenzung der Positionserfassung auf den Bereich von Modulo +/-180° (+/- Pi) durch den Modulo zähler ermöglicht eine besonders einfache Weiterverarbeitung durch die üblicherweise auf diesen Bereich ausgelegten Steue rungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Antriebssystem einer Achse,

Fig. 2 ein Blockschaltbild.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Motor M gezeigt, der über ein Getriebe G eine Achse A, beispielsweise die Hand eines Robo ters, antreibt. Es sei angenommen, daß es sich dabei um eine ro tatorische Achse handele. Es könnte jedoch auch eine lineare Achse, beispielsweise der Schlitten einer Werkzeugmaschine, sein.

Das Übersetzungsverhältnis a/b des Getriebes G ist so gewählt, daß sich der Motor M schneller als die Achse A dreht. Für die weiteren Betrachtungen sei ein Übersetzungsverhältnis von a/b =19/7 angenommen.

Zwischen Motor M und Getriebe G ist ein Absolutwertgeber AW vor gesehen (strichpunktierte Linie), dessen Impulsscheibe IS eine Anzahl von äquidistanten Wegmarken über ihren Umfang aufweist. Mit Hilfe eines Sensors Sl wird die jeweilige Wegmarke aufge nommen und an eine nicht gezeigte Positionserfassungseinheit weitergegeben. Die Wegmarken des Absolutwertgebers AW sind ge wöhnlich als Gray-Codes ausgebildet, so daß mit jeder Wegmarke die absolute Winkelstellung des Absolutwertgebers und damit, unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Ge triebes G, die Winkelstellung der Achse A angegeben werden kann. Bei der hier beschriebenen Positionserfassung kommt diese Eigen schaft des Absolutwertgebers jedoch nicht zum tragen. Vielmehr ist entscheidend, daß die Information des Wegimpulsgebers in äquidistanten Winkelschritten vorliegt. Deshalb könnte ebenso gut ein beliebiger, beispielsweise ein inkrementeller Wegim pulsgeber der diese Bedingung erfüllt, vorgesehen werden. Im folgenden sei angenommen, daß der Absolutwertgeber AW Wegmarken von 1 bis 128 aufweist.

Da bei der herkömmlichen Positionserfassung ein Überschreiten des Wertebereichs eines Wegimpulsgebers nicht möglich ist, könn te die Achse A lediglich in dem Winkelbereich bewegt werden, der den Wegmarken 1 bis 128 des Absolutwertgebers AW entspricht. Im Beispiel würde sich die Achse dann nur in einem Bereich von 132 12/19° bewegen können. Die Beschränkung des Wertebereichs des Absolutwertgebers AW wird jedoch ignoriert und die vorlie genden absoluten Werte werden lediglich als äquidistante Wegim pulse erfaßt.

Aufgrund des gebrochen rationalen Übersetzungsverhältnisses des Getriebes G von a/b = 19/7 werden pro Achsumdrehung 347 3/7 Wegimpulse am Sensor Sl vorbeilaufen. Da der Sensor Sl jedoch nur ganze Impulse bzw. Wegmarken detektieren kann, läßt sich erst nach 7facher Achsumdrehung aus der Sensorinformation exakt - d.h. ohne Positionsfehler - auf die absolute Position der Achse schließen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild mit einem Absolutwertgeber AW, einem Zähler Z, einem Modulozähler MZ und den Registern R 1 bis R 3.

Der Absolutwertgeber AW zählt die äquidistanten Wegimpulse periodisch jeweils bis zu seinem maximalen Wert von I _max=128 und springt dann wieder zum Wert 1. Im Zähler Z wird der je weilige Sprung des Absolutwertgebers AW vom Wert 128 auf den Wert 1 ignoriert und bis zu einem absoluten Wert I _abs weiter gezählt. Dieser absolute Wert I _abs entspricht der oben bereits beschriebenen absoluten Nullage, die sich immer dann einstellt, wenn sowohl die Achse als auch der Absolutwertgeber sich in ihrer Nullage befinden. Wie oben bereits erwähnt, ist dies nach 7 Umdrehungen der Achse A und damit nach 19 Umdrehungen des Ab solutwertgebers AW der Fall. Nach 19 Umdrehungen hat der Absolut wertgeber AW eine Anzahl von insgesamt

I _abs=19×128=2432

Wegimpulsen abgegeben, die vom Zähler Z gezählt wurden.

Die Winkelstellung der Achse ist dem jeweiligen Stand des Zäh lers Z nicht mehr unmittelbar zu entnehmen. Deswegen wird dem Zähler Z ein Modulozähler MZ nachgeschaltet, der die Wegimpul se, die am Ausgang des Zählers Z vorliegen, auf den Wertebe reich von Modulo +/-180° (+/- Pi) begrenzt.

Dabei ist es unerheblich, ob am Ausgang des Zählers Z die Werte von 1 bis 2432 vorliegen oder ob lediglich Wegimpulse ausge geben werden, da bei entsprechender Auslegung des Modulozählers MZ die Modulorechnung unter beiden Bedingungen durchgeführt werden kann. Es sei angenommen, daß am Ausgang des Zählers Z äquidistante Wegimpulse vorliegen. Da 2432 Wegimpulse 7×360° der Achsumdrehung entsprechen, ergibt sich damit ein Winkel schritt der Achsdrehung pro Wegimpuls von 1 11/304°. Dieser Wert ist dem Modulozähler über das Register R 1 vorgebbar und kann jederzeit einem beliebigen Übersetzungsverhältnis a/b, oder einem Wegimpulsgeber mit anderem Wertebereich angepaßt werden.

Der Modulozähler MZ kann so ausgelegt werden, daß jeder Weg impuls die Addition eines Winkelschrittes, beginnend von -Pi auslöst. Bei Erreichen der Modulogrenze, das ist im Beispiel nach 348 Wegimpulsen, die 360 45/76° entsprechen, der Fall, springt der Zähler wieder auf den Wert -Pi und die Summation der Winkelschritte beginnt von neuem, wobei zusätzlich zur Summe der Winkelschritte noch die Summe des vorhergehenden Moduloübertrags, das sind beim ersten Übertrag 45/76°, addiert wird. Selbstverständlich kann der Modulozähler MZ auch so ausgelegt sein, daß er lediglich die Summe der Wegimpulse zählt, die einer Achsdrehung von 360° (2Pi) entsprechen.

Jeder Moduloübertrag wird an ein Register R 2 gegeben, in dem alle Moduloüberträge aufsummiert werden. Die Summe der Winkel schritte innerhalb eines Modulobereichs wird in das Register R 3 geschrieben. Über die Register R 2 und R 3 kann damit jederzeit auf die Winkellage der Achse A und auf die Anzahl der ganzen Umdrehungen der Achse A zurückgegriffen werden. Nach Erreichen der absoluten Nullage, d.h. nach insgesamt I _abs=2432 Weg impulsen beginnt der gesamte Vorgang von neuem. Nach Bedarf kann dabei ein Rücksetzimpuls für den Zähler Z, den Modulo zähler MZ und die Register R 2 und R 3 vorgesehen werden.

Claims

Verfahren zur Positionserfassung einer Achse, die über ein Ge triebe, das ein natürliches Übersetzungsverhältnis aufweist, von einem Motor, der Teil eines Antriebssystems ist, angetrieben wird, wobei am Antriebssystem ein Wegimpulsgeber vorgesehen ist, der über eine vorgegebene Anzahl von Weginkrementen für jede seiner Umdrehungen in gleichen Winkelschritten Wegimpulse auslöst, wo bei die Wegimpulse gleichen Winkelschritten der Achsbewegung entsprechen, gekennzeichnet durch die folgen den Verfahrensschritte:
- a) In jeder Nullage der Achse (A) und des Wegimpulsgebers (AW), d.h. in der absoluten Nullage, werden die Wegimpulse (I) während der Achsbewegung bis zu einem vorgebbaren Wert (I _ABS) , bei dem die absolute Nullage wieder erreicht ist, aufsummiert.
- b) Die Wegimpulse (I) werden zusätzlich auf den Bereich Modulo +/-180° der Achsbewegung begrenzt, wobei die Summe der Weg impulse (I) als Winkelschritte der Achsbewegung sowie die Summe der Moduloüberträge in jeweils einem Register (S 1, S 2) hinterlegt werden.