DE4013936A1 - Absolut-enkoder - Google Patents

Description

Beschreibung

1. Aufbau

• a. Bildaufnehmer (Bild 1)
  (Farb-) CCD-Sensor mit Treiber, Pegel-Konverter
  Seriell/Parallel-Konverter (Ser/Par)
  Pixel-Diskriminator (P/D)
  oder
• b. Bildaufnehmer (Bild 2)
  n Photodioden-Array (Auflösung n Bits) mit
  n Sample/Hold-Stufen (S/H)
  n Pixel-Diskriminatoren (P/D)
  und
• c. TAG-RAM (ROM): 2ⁿ Inkremente/je n Bits.

Erläuterungen

Pixel-Diskriminatoren werden zur digitalen Bewertung der analogen Video-Daten der Bildaufnehmer verwendet. Sie erfassen nur 2 Schwellwerte ("0, 1"). Dies entspricht z. B. dem Schwarz/Weiß-Pegel monochromer Monitore. TAG-RAM (ROM) sind Speicher mit eingebautem Komparator. Sie liefern neben ihrer normalen Funktion ein Signal, wenn Eingangs-Daten mit gespeicherten Daten übereinstimmen.

Beschreibung

2. Funktion
Die Bild-Information gelangt mit Hilfe der helligkeitsgeregelten LED(s) entweder

• a. reflektiv an den CCD-Sensor (Bild 3) (Bildmaske sitzt direkt auf dem Träger) oder
• b. transmissiv an das Photo-Array (Bild 4) (Bildmaske sitzt im Abstand f (Brennweite) vor Reflektor).
  Die digitale Bewertung ("0, 1") erfolgt synchron zum Systemtakt durch den (die) Pixel-Diskriminator(en):
• a. seriell beim CCD-Sensor (die Zugriffszeit ist von der Anzahl Elemente des CCD-Sensors abhängig oder
• b. parallel beim Photo-Array (Zugriffszeit im wesentlichen von TAG-RAM (ROM) bestimmt).
  Die Trigger-Schwelle des (der) Pixel-Diskriminator(en) wird dem Helligkeitspegel der LED(s) nachgeführt.

Die Bild-Information (-Maske) kann jeden komplexen - auch farbig - (un)geordneten Pixel-Inhalt zeigen, der sich eindeutig interpretieren läßt ("helligkeitsgraduierte" Punkte, Linien, Bilder, Kodes, etc.) und bestimmt im wesentlichen die max. Auflösung.

Diese kann sehr klein, extrem hoch oder an bestimmten Winkelpositionen unterschiedlich/nichtlinear sein und wird einfach durch Vorgabe (Software) definiert. Die Herstellung ist im Vergleich zu teueren Lochmasken einfach (Foto) und kann bei ausreichender Oberflächenstruktur des Trägers (Bildersatz) ganz entfallen. Weiterhin sind durch den kleinen Bild-Durchmesser keine kritischen Fliehkräfte/Trägheitsmomente zu erwarten.

Die digitale Bild-Information (Kode) liefert die Adresse des TAG-RAM (ROM), das folgende Aufgaben ausführt:

• 1. Inkrement-Kode numerisch ordnen (linear/nichtlinear)
• 2. eindeutig interpretieren
• 3. komprimieren (Kodes zusammenfassen, Bild 5)
• 4. bei Koinzidenz mit Ref-Daten Signal erzeugen (Match, Limit, Marker)
• 5. Paritätsbit erzeugen
  Zur Festlegung dieser individuellen Parameter (kein Enkoder gleicht einem anderen) sind folgende Schritte (Kalibrierung) nötig:
  • a. Den Enkoder über mehre Zyklen betreiben (ω=konst.).
  • b. Bei maximaler oder vorgegebener Auflösung (Verwendung eines dig. Kodefilters reduziert Zyklen) werden die Kodes gegen eine Ref-Enkoder oder kundenspezifisch aufgezeichnet.
    Die nicht erfaßten Kodes nehmen mit der Zyklen-Zahl stark ab und haben keinen Einfluß, da sie nicht interpretiert erscheinen.
  • c. Die erfaßten Kodes werden über Rechner interpretiert, modifiziert und ins TAG-RAM geladen bzw. das TAG-ROM programmiert.
    Die benötigte Anzahl Kodes bestimmt die Speichergröße des TAG-RAM (ROM).

Damit stehen mit einem Enkoder verschieden "Auflösungs- Sätze, Kode-Felder, Toleranz-Felder" etc. zur Verfügung, die später auch zur Korrektur des logisch/phsikalischen Zustandes benutzt werden können (Referenz-Daten).

Claims (4)

1. Aufbau des optischen Bildaufnehmers (Variante a, b). Der optischen Bildaufnehmer ist gekennzeichnet durch

• a. eine runde Bildmaske, die direkt auf einem rotierenden Träger liegt und mehrere, von ihr auf dem Stator angebrachter Lichtquellen (LED′s), die zur konstanten, diffusen Ausleuchtung der Bildmaske benötigt werden. Die (ungeordnete) Bildinformation wird durch Reflexion der Lichtquellen an der Oberflächen der Bildmaske mit Hilfe eines CCD-Sensors ausgewertet.
• b. eine runde Bildmaske, die jedoch transmissiv genutzt wird. Sie sitzt auf dem rotierenden Teil vor einer konkaven Linse (Reflektor). Hinter der Maske sind entsprechend der gewünschten max. Auflösung (2ⁿ) auf einem Träger (Stator) n Photodioden (Array) mit den zugehörigen Verstärkern angeordnet. Eine Lichtquelle (LED) ragt mittig in die gelochte Bildmaske (im Brennpunkt des Reflektors). Damit ist eine relativ parallaxenfreie Lichtdurchdringung der Maske und Staubabdichtung des Reflektors gewährleistet.

2. Verwendung eines TAG-RAM (ROM) zur Umsetzung der Enkoder- Inkremente in verwertbare Daten.
Die Verwendung ist gekennzeichnet durch

• - Numerisches Ordnen (linear/nichtlinear) der digitalen Inkrement-Kodes
• - Eindeutige Interpretation derselben
• - Komprimierung mehrer Kodes
• - Erzeugung von Signalen bei Koinzidenz mit Referenzdaten
• - Erzeugung von Paritätsbits

Erreicht wird dies durch eine spezielle Nutzung von Adresse und Daten des TAG-RAM (ROM):
Die (ungeordnete Bildinformation (Daten) liefert eine willkürliche Adresse des RAM (ROM) und die vorher darin geladenen Parameter führen die oben aufgelisteten Funktionen aus.

3. Parameter-Übergabe durch Software
Die Übergabe von Betriebsparametern bzw. deren Definition erfolgt unter statischen und/oder dynamischen Bedingungen und ermöglicht, den Enkoder während und nach der Produktion zu prüfen und/oder zu modifizieren (alle bisher nötigen teuren mechanischen Prüf- und Justageverfahren sind relativ hinfällig).
Dies wird durch die auflösungsbestimmende feine Struktur der (ungeordneten) Bildinformation gewährleistet, aus der sich alle Anforderungen zur Prüfung/Modifizierung von Auflösung, Linearität, Exzentrität und Alterungserscheinungen mit Hilfe von Software (zum Zeitpunkt der Anwendung) ableiten lassen - das Kennzeichen einer neuen Generation intelligenter Enkoder.