DE3850386T2 - Kodiervorrichtung der absoluten position. - Google Patents

Kodiervorrichtung der absoluten position.

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Description

    TECHNISCHES SACHGEBIET
  • Die Erfindung betrifft eine Positions-Kodiervorrichtung und insbesondere eine Absolutpositions-Kodiervorrichtung, die für hohe Drehzahlen geeignet ist.
    • STAND DER TECHNIK
  • Positionskodierer haben zum Feststellen von Positionen in computergesteuerten, numerischen Steuergeräten (CNC) oder als Robotersteuergeräte breite Verwendung gefunden. Absolutpositions-Kodierer haben besonders weitgehende Anwendung gefunden, da sie in der Lage sind, auch nach einem Wiedereinschalten der Energieversorgung Positionsdaten genauer festzustellen.
  • Konventionelle Absolutpositions-Kodierer zum Feststellen von Absolutpositionen werden mit Absolutdaten nur von einem Absolutkodiermuster auf einer Kodierscheibe versorgt. Das Absolutkodiermuster erfordert mehrere parallele Muster und ist im Vergleich zu inkrementellen Kodiermustern aufwendig.
  • So ist es bei konventionellen Absolutpositions-Kodierern schwierig, bei hohen Drehzahlen jeden Kode gleichzeitig zu lesen, und zwar wegen Änderungen in der Verzögerungszeit der Detektorschaltungen zum Erfassen mehrerer paralleler Kodemuster, so daß ein Problem darin besteht, daß diese Kodierer nicht für hohe Drehzahlen geeignet sind.
  • WO-A/86/06895 erläutert eine Absolutpositions-Kodiervorrichtung, die einen linearen Kodeträger aufweist, der absolute und inkrementelle Muster besitzt, die von Kombinationen aus Lichtquelle/Detektor abgetastet werden. Der Kodierer besitzt ferner einen Zähler (Mikroprozessor), der die inkrementellen Pulse zählt, aber auch die aus dem Absolutkodemuster entnommene Absolutdaten speichert. Die Positionsdaten werden über eine zugehörige Schaltung ausgegeben. Dieser bekannte Kodierer kombiniert die inkrementellen und absoluten Kodes effektiv, um kontinuierlich einen einzelnen 10-Bit-Kode zu liefern, bei dem die fünf am meisten signifikanten Bits von dem absoluten Kode und die verbleibenden fünf weniger signifikanten Bits von dem inkrementellen Kode geliefert werden.
  • Eine ähnliche Interpolation wird bei einem in EP-A-0 286 322, für die Art. 54 (3) EPC gilt, offenbarten Kodierer durchgeführt. Dieser Kodierer codiert eine Winkelposition und besitzt getrennte absolute und inkrementelle Kodemuster. Der Sensor weist insbesondere eine Anlaufschaltung auf, die beim Einschalten der Stromversorgung ein Signal derart erzeugt, daß sie effektiv als Schaltung zum Erfassen des EIN-Zustandes der Stromversorgung fungiert. Das "Anlauf"-Signal wird auf den Zähler ausgegeben, um Absolutdaten in den voreingestellten Zähler zu speisen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Absolutpositions-Kodiervorrichtung zur Ausgabe von Positionsdaten als Absolutwerte geschaffen, bestehend aus einem Kodierträger mit einem absoluten Kodiermuster inkrementeller Bahnen variierender Auflösung und einem inkrementellen Kodiermuster, das mindestens einen Teil des absoluten Kodiermusters aufweist; einer Detektoreinrichtung zum Erfassen von inkrementellen Impulsen aus dem inkrementellen Kodiermuster und von die absolute Position darstellenden Daten aus dem absoluten Kodiermuster, wobei die Detektoreinrichtung lichtemittierende Einrichtungen und lichtempfangende Einrichtungen aufweist, die das von den emittierenden Einrichtungen abgegebene Licht über das inkrementelle Kodiermuster und das absolute Kodiermuster empfangen; einem Zähler, der so angeschlossen ist, daß er abhängig von einem Signal einer den EIN-Zustand erfassenden Energieversorgungsschaltung mit die absolute Position darstellenden und von der Detektoreinrichtung erfaßten Daten voreingestellt wird, und daß der Zähler im Betrieb die inkrementellen Impulse in Bezug auf die voreingestellten Daten zählt, und einer Ausgangsschaltung zur Ausgabe des Zählerinhalts als absolute Daten.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Absolutpositions-Kodiereinrichtung zur Ausgabe von Positionsdaten als Absolutdaten vorgesehen, bestehend aus einem linearen Kodierträger zum Kodieren linearer Positionsdaten, wobei der lineare Kodierträger ein absolutes Kodiermuster und ein inkrementelles Kodiermuster aufweist, einer Detektoreinrichtung zum Erfassen von inkrementellen Impulsen aus dem inkrementellen Kodiermuster und von die Absolutposition darstellenden Daten aus dem absoluten Kodiermuster, wobei die Detektoreinrichtung lichtemittierende Einrichtungen und lichtempfangende Einrichtungen aufweist, die Licht aus den emittierenden Einrichtungen über das inkrementelle Kodiermuster und das absolute Kodiermuster empfangen, einem Zähler, der so angeschlossen ist, daß er abhängig von einem Signal einer den EIN-Zustand erfassenden Energieversorgungsschaltung mit die Absolutposition darstellenden und von der Detektoreinrichtung erfaßten Daten voreingestellt ist und daß der Zähler im Betrieb die inkrementellen Impulse in Bezug auf die voreingestellten Daten zählt, und einer Ausgangsschaltung zur Ausgabe des Zählerinhalts als absolute Daten.
  • Nachdem die absoluten Daten gesetzt worden sind, werden die aus dem inkrementellen Kodiermuster entnommenen inkrementellen Impulse gezählt und die Inhalte des Zählers werden aktualisiert.
  • Demgemäß hält der Zähler die absoluten Daten zurück. Diese Daten werden als absolute Daten an eine computergesteuerte numerische Steuereinrichtung (CNC) oder eine Robotersteuerung ausgegeben. Die Zeichnung zeigt:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild eines rotierenden absoluten Kodierers in einer Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung des rotierenden Kodierers gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 3a ein Beispiel für ein Kodemuster;
  • Fig. 3b eine Darstellung lichtempfangender Fenster der Detektorelemente;
  • Fig. 3c Darstellungen eines Ausgangssignals aus dem Absolutmuster;
  • Fig. 4 von sich ändernden absoluten Kodes und
  • Fig. 5a und 5b Darstellungen des Zusammenhangs zwischen inkrementellen Kodes und inkrementellen Impulsen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als bestmögliche Ausführungsart der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines rotierenden absoluten Kodierers dargestellt. In dieser Figur besitzt eine Kodescheibe 5 eine Unterseite, auf der ein absolutes Kodemuster 6 und ein inkrementelles Kodemuster 7 gedruckt ist. Von LEDS 8a, 8b emittiertes Licht wird auf die Kodierscheibe 5 gelenkt und das durch die Kodemuster 6, 7 hindurchgetretene Licht wird jeweils von Detektorelementen 3, 4 aufgefangen, beispielsweise von je einer Fotodiode. Ein absolutes Kodesignal (AC- Signal) und ein inkrementelles Kodesignal (IC-Signal) werden von den Detektorelementen 3, 4 ausgegeben. Einzelheiten der Kodescheibe 5, des absoluten Kodemusters usw. werden nachstehend erläutert.
  • Eine Detektorschaltung A mit dem Bezugszeichen 11 erhält ein augenblickliches absolutes Kodesignal (AC-Signal), das darin verstärkt und einer Umformung unterworfen wird, worauf ein Absolutpositions-Datensignal (AD-Signal) ausgegeben wird. Eine andere Detektorschaltung B mit dem Bezugszeichen 12 erhält ein augenblickliches inkrementelles Kodesignal (IC-Signal), das darin verstärkt und umgeformt wird. Die Detektorschaltung B liefert wahlweise einen plus-inkrementellen Impuls (+IP) und einen minus-inkrementellen Impuls (-IP), abhängig von der Drehrichtung des rotierenden Kodierers.
  • Eine Detektorschaltung 13 für den EIN-Zustand der Energieversorgung liefert ein voreingestelltes Signal (PR-Signal), wenn die Energieversorgung eingeschaltet ist.
  • Ein Zähler 14 stellt den Sollwert für die von der Detektorschaltung A11 in Abhängigkeit von einem Sollwertsignal (PR- Signal) von der Detektorschaltung 13 für den EIN-Zustand der Energieversorgung ein. Dann zählt der Zähler 14 die plus-inkrementellen Impulse (+IP) und die minus-inkrementellen Impulse (-IP), die beide von der Detektorschaltung B12 eingespeist werden. Genauer gesagt, zählt der Zähler 14 die plus-inkrementellen Impulse (+IP aufwärts) und die minus-inkrementellen Impulse (-IP abwärts). Das Forma des Zählerkodes des Zählers 14 stimmt mit dem des absoluten Kodes überein, der später beschrieben wird.
  • Eine Übertragungsschaltung 15 gibt die Inhalte des Zählers 14 als absolute Daten an eine computergesteuerte numerische Steuerung (CNC) oder eine Robotersteuerung aus.
  • Wie beschrieben, ist der Sollwert der absoluten Daten in dem Zähler 14 eingestellt, wenn die Energieversorgung eingeschaltet wird und der Zähler 14 zählt die inkrementellen Impulse. Deshalb ist eine genaue Impulszählung gewährleistet, auch bei hohen Drehzahlen des rotierenden Kodierers und die Ausgabe der absoluten Daten ist ebenfalls gewährleistet.
  • Als nächstes wird eine Anordnung des rotierenden Absolutkodierers erläutert. Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung des rotierenden Absolutkodierers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur ist eine Basis 1 an einem Rahmen (nicht dargestellt) des rotierenden Absolutkodierers befestigt. Eine Welle 2 ist unmittelbar oder über ein Getriebe mit der rotierenden Welle eines Servomotors verbunden. Lichterfassende Elemente 3, 4 wie Fotodioden sind an der Basis 1 befestigt und erhalten das Licht, das durch das absolute Kodemuster 6 und das inkrementelle Kodemuster 7 hindurchtritt, und die das absolute Kodesignal und das inkrementelle Kodesignal ausgeben.
  • Mit dem Bezugszeichen 5 ist die Kodescheibe 5 bezeichnet, deren Unterseite umfangsmäßig mit dem absoluten Kodemuster 6 und dem inkrementellen Kodemuster 7 beispielsweise in einem Ätzvorgang versehen ist. Lichtemittierende Dioden 8a, 8b liefern Licht, das durch das absolute Kodemuster 6 und das inkrementelle Kodemuster 7 auf der Unterseite der Kodescheibe hindurchtritt und auf Detektorelemente 3, 4 fällt, die somit das absolute Kodesignal (AC-Signal) und das inkrementelle Kodesignal (IC-Signal) abhängig von der Drehposition und der Anzahl der Umdrehungen der Welle 2 ausgibt.
  • Ein Kodemuster ist beispielhaft in Fig. 3a dargestellt. In dieser Figur ist das in Umfangsrichtung ausgebildete Kodemuster aus Gründen der leichten Verständlichkeit linear dargestellt. Schraffierte Segmente zeigen lichtdurchlässige Abschnitte an. Fig. 3b zeigt lichtempfangende Fenster für die Detektorelemente 3, 4 und in Fig. 3c sind die Ausgangssignale der Detektorelemente dargestellt.
  • Bei dem beispielhaften Kodemuster ist der absolute Kode aus fünf Signalen CH1A, CH1B, CH2, CH3 und CH4 zusammengesetzt. Der inkrementelle Kode hat die gleiche Anordnung des Kodemusters wie CH1A und CH1B, aber CH1A und CH1B sind abhängig von der Situation gemeinsam nutzbar.
  • Fig. 4 zeigt eine Abfolge absoluter Kodes, wobei der Kode sich aufeinanderfolgend nach unten verändert, wenn der rotierende Absolutkodierer im Uhrzeigersinn rotiert. Dieses Kodemuster stimmt mit dem Kode im Inneren des Zählers 14 überein. Obwohl mehrere Kodemuster tatsächlich erforderlich sind, die für die Anzahl der Spalten in dem Absolutwert benötigt werden, ist nur ein Kodemuster teilweise dargestellt, um die Darstellung zu vereinfachen.
  • Ein Verhältnis zwischen dem inkrementellen Kode und dem inkrementellen Impuls ist in den Fig. 5a und 5b dargestellt. Fig. 5a zeigt ein Verhältnis, bei dem der rotierende Absolutkodierer im Uhrzeigersinn rotiert, so daß der plus-inkrementelle Impuls ausgegeben wird. Fig. 5b zeigt ebenfalls ein solches Verhältnis, bei der rotierende Absolutkodierer im Gegenuhrzeigersinn rotiert, so daß der minus-inkrementelle Impuls ausgegeben wird. Werden diese Impulse in den Zähler 14 gespeist, so zählt dieser aufwärts oder abwärts.
  • Obwohl das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel einen rotierenden Absolutkodierer betrifft, ist die Erfindung ebenso auf einen linearen Absolutkodierer anwendbar. Der lineare Absolutkodierer hat eine sich linear erstreckende Kodeplatte, so daß die in Fig. 3a gezeigte Darstellung als Kodeplatte benutzt wird.
  • Die Anzahl der Musterkode und des Musterformats sind im Wege eines nicht einschränkenden Beispiels erläutert worden und mehrere Musterkodes und ein gewünschtes Musterformat können je nach Bedarf ausgewählt werden.
  • Da erfindungsgemäß das absolute Kodemuster als Sollwert vorgegeben wird, wenn die Energieversorgung eingeschaltet wird, und während der Umdrehungen die inkrementellen Impulse gezählt werden, können genaue absolute Daten ausgegeben werden, auch wenn hohe Drehzahlen vorliegen.

Claims (5)

1. Absolutpositions-Kodiervorrichtung zur Ausgabe von Positionsdaten als Absolutwerte, bestehend aus
einem Kodierträger (5) mit einem absoluten Kodiermuster (6) inkrementeller Bahnen variierender Auflösung und einem inkrementellen Kodiermuster (7), das mindestens einen Teil des absoluten Kodiermusters (6) aufweist,
einer Detektoreinrichtung zum Erfassen von inkrementellen Impulsen aus dem inkrementellen Kodiermuster und von die absolute Position darstellenden Daten aus dem absoluten Kodiermuster, wobei die Detektoreinrichtung Licht emittierende Einrichtungen (8a,8b) und Licht empfangende Einrichtungen (3,4) aufweist, die das von den emittierenden Einrichtungen abgegebene Licht über das inkrementelle Kodiermuster und das absolute Kodiermuster empfangen,
einem Zähler (14), der so angeschlossen ist, daß er abhängig von einem Signal einer den EIN-Zustand erfassenden Energieversorgungsschaltung (13) mit die absolute Position darstellenden und von der Detektoreinrichtung erfaßten Daten voreingestellt wird, und daß der Zähler im Betrieb die inkrementellen Impulse in Bezug auf die voreingestellten Daten zählt und
einer Ausgangsschaltung (15) zur Ausgabe des Zählerinhalts als absolute Daten.
2. Absolutpositions-Kodiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kodierträger eine drehbare Scheibe (5) ist, die Rotationspositionsdaten kodiert.
3. Absolutpositions-Kodiereinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kodierträger (5) ein linearer Kodierträger ist, der lineare Positionsdaten kodiert.
4. Absolutpositions-Kodiereinrichtung zur Ausgabe von Positionsdaten als Absolutdaten, bestehend aus
einem linearen Kodierträger (5) zum Kodieren linearer Positionsdaten, wobei der lineare Kodierträger ein absolutes Kodiermuster (6) und ein inkrementelles Kodiermuster (7) aufweist,
einer Detektoreinrichtung zum Erfassen von inkrementellen Impulsen aus dem inkrementellen Kodiermuster und von die Absolutposition darstellenden Daten aus dem absoluten Kodiermuster, wobei die Detektoreinrichtung Licht emittierende Einrichtungen (8a,8b) und Licht empfangende Einrichtungen (3,4) aufweist, die Licht aus den emittierenden Einrichtungen über das inkrementelle Kodiermuster und das absolute Kodiermuster empfangen,
einem Zähler (14), der so angeschlossen ist, daß er abhängig von einem Signal einer den EIN-Zustand erfassenden Energieversorgungsschaltung (13) mit die Absolutposition darstellenden und von der Detektoreinrichtung erfaßten Daten voreingestellt ist und daß der Zähler im Betrieb die inkrementellen Impulse in Bezug auf die voreingestellten Daten zählt, und
einer Ausgangsschaltung (15) zur Ausgabe des Zählerinhalts als absolute Daten.
5. Absolutpositions-Kodiereinrichtung nach Anspruch 4, bei der das absolute Kodiermuster (6) aus inkrementellen Bahnen variierender Auflösung besteht und das inkrementelle Kodiermuster (7) mindestens einen Teil des absoluten Kodiermusters (6) aufweist.
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