DE4025055A1 - Positionsauslesevorrichtung, insbesondere fuer maschinen- und drehtisch-steuerungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsauslesevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Positionsauslesevorrichtungen wird eine Winkel­ position über Resolver oder dergleichen ausgelesen, wobei sich Genauigkeiten von bis 1/100° erreichen lassen. Die Verwendung von sogenannten linearen Resolvern ermöglicht eine Genauigkeit bis zu 1/10 000°. Die Auswertung erfordert hierbei höchst prä­ zise Analogtechnik, die ihrerseits eine mehrstufige Digitali­ sierung erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionsausle­ sevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die hohe Genauigkeitsanforderungen unter Verwendung vergleichbar einfa­ cher Komponenten erreichen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Die Erfindung schafft eine Positionsauslesevorrichtung, bei der eine Speicherplatte, vorzugsweise in Scheibenform, Posi­ tionsinformationen aufweist, die auf konzentrischen Kreisen aufgezeichnet sind und durch eine der Zahl der konzentrischen Kreise entsprechende Zahl von Leseköpfen abgetastet bzw. gele­ sen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Abgabe von Po­ sitionsinformationen in digitalisierter Form, die zur Weiter­ verarbeitung zur Verfügung gestellt werden.

Als Speicherplatte wird vorzugsweise ein CD-ähnliches Element verwendet, jedoch mit koaxialen, die Information tragenden Spuren, auf welchen die Positionsinformationen in digitaler Form als Pits (Löcher) gespeichert sind und gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform durch Auswertung des Reflexionsverhal­ tens mittels eines Laser-Lichtstrahles digital gelesen werden.

Die Leseköpfe sind in einer Reihe zueinander angeordnet, wo­ durch eine Parallelauslesung der Positionsinformationen ermög­ licht wird.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale und Vorteile beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Beispiel einer Speicherplatte,

Fig. 2 ein bevorzugtes Beispiel der Spurvergabe der Spei­ cherscheibe nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Beispiel einer mit den Leseköpfen gekoppelten Elektronik zur Auswertung der digitalen Informa­ tionssignale.

Die erfindungsgemäße Positionsauslesevorrichtung weist eine drehfähig angeordnete Speicherplatte 1 auf, vorzugsweise in Form einer Scheibe, wie einer lichtundurchlässigen CD-Disk, die eine Vielzahl von zueinander konzentrischen Kreisen 2a, 2b, 2c usw. aufweist. Die Speicherplatte 1 ist drehfest mit einer Welle 4 verbunden, die ihrerseits mit einem nicht ge­ zeigten Werkzeug in drehfester Verbindung steht, wodurch das Speicherelement 1 entsprechend einer Drehung des nicht darge­ stellten Werkzeugs mitgedreht wird und diese Drehung durch ei­ ne noch zu beschreibende Leseeinheit 6 unabhängig vom Werkzeug selbst erfaßbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das scheibenförmi­ ge Speicherelement 1 mit zweiundzwanzig Spuren in Form von zu­ einander konzentrischen Kreisen 2a, 2b, 2c usw. versehen, wo­ bei diese Zahl von Spuren bei einem Durchmesser des Speicher­ elements 1 von 300 mm vorgesehen ist.

Auf jeder Spur bzw. jedem Kreis 2a, 2b usw. ist eine digital codierte Information gespeichert, die in Form von Pits bzw. Löchern in das Speicherelement 1 "graviert" ist und durch ei­ nen Lichtstrahl, vorzugsweise Laser-Lichtstrahl, abgetastet wird. Durch den Laser-Lichtstrahl läßt sich das Reflexionsver­ halten digital lesen, d. h. es wird erfaßt, ob die gerade abge­ tastete bzw. gelesene Stelle der betreffenden Spur durch ein Pit bzw. Loch oder die Plattenebene gebildet ist.

Gemäß der Erfindung weist die Leseeinrichtung 6 eine Zahl von Leseköpfen auf, die der Zahl der konzentrischen Kreise ent­ spricht. Bei zweiundzwanzig Spuren sind somit zweiundzwanzig Leseköpfe erforderlich. Jeder Lesekopf weist demgemäß eine La­ ser-Lichtquelle und einen Laser-Lichtstrahl-Sensor auf.

Zur Gewährleistung einer eindeutigen Lesbarkeit der Pits wird ein Pitabstand (Mitte/Mitte) von 1,6 µm im Falle des Einsatzes eines Infrarot-Lasers bevorzugt. Bei einer Scheibe 1 mit einem Durchmesser von 300 mm ergibt sich damit am Plattenrand, d. h. entlang der Spur 2e eine Rasterung von d×π/0,0016 = 589 048 Einzelpunkte.

Eine derartige Zahl von Einzelpunkten reicht zur Codierung ei­ nes 360°-Kreises in 1/1000°-Schritten aus. Zur Realisierung einer Positionscodierung im 1/1000°-Raster wird ein 20 Bit- Wort vorgesehen.

Bei einer Speicherplatte der vorbeschriebenen Art läßt sich damit eine parallele Auslesung der Positionsinformationen er­ reichen, die auf zweiundzwanzig Einzelspuren mittels zweiund­ zwanzig Leseköpfen entsprechend der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ausgelesen werden.

Fig. 1 zeigt Details der vorstehend beschriebenen Ausführungs­ form mit zweiundzwanzig Leseköpfen und zweiundzwanzig Spuren.

Die Leseköpfe enthaltende Leseeinheit erfaßt Digitalinforma­ tionen je Kreis 2a, 2b usw., die durch Abtasten der Kreise 2a, 2b mittels eines Laser-Lichtstrahles auf die Leseköpfe auf­ grund des Reflexionsverhaltens des Mediums der Speicherplatte 1 projiziert werden.

Fig. 2 zeigt das Beispiel einer Spurvergabe für eine Speicher­ scheibe entsprechend Fig. 1, wobei das Material der Speicher­ scheibe 1 dem herkömmlicher CDs entsprechen kann.

Die zum Scheibenrand 1 nächstliegende Spur wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als Spurbit verwendet, d. h. zur Synchronisation der Informationsausleseelektronik, wobei ein Spurbit als singuläres Pit im Abstand von 1/1000° zur Verfü­ gung steht. Die auf dem nächsten konzentrischen Kreis in Rich­ tung Scheibenmitte befindliche Spur dient zur Speicherung ei­ nes Paritybits zur Erkennung von Decodier- oder Lesefehlern, wobei diese Erkennung als erster Abtastschritt durchgeführt wird. Mithin verbleiben bei insgesamt zweiundzwanzig Spuren null bis neunzehn Positionsbits, wobei der Abstand von Pit zu Pit in Umfangsrichtung auf den inneren Spuren in Richtung auf die Scheibenmitte kleiner wird. Zur Beseitigung von hieraus resultierenden Problemen wird die digitale Information zum Beispiel im BCD- oder GRAY-Code codiert, wodurch fehlerhaftes Ablesen vermieden wird, wenn zum Beispiel die Information nicht in Form eines Pits (Loch), sondern auch in Form eines Grabens in dem jeweiligen konzentrischen Kreis gespeichert ist.

Mit der beschriebenen Positionsauslesevorrichtung werden die gespeicherten Positionsbits parallel ausgelesen und die hier­ durch erzeugten Signale werden von der Leseeinheit 6 zu einer Elektronikschaltung geleitet, die in Fig. 1 mit 12 bezeichnet ist und die Positionsinformationssignale auswertet.

Die Auswertung der von der Leseeinheit 6 erhaltenen Informa­ tionen kann entweder nach einem Digital-Rate-Mode- oder nach Digital-Position-Mode-Verfahren erfolgen. Bei dem erstgenann­ ten Verfahren wird entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Block­ schaltung eine Vorgabefrequenz als Sollwert einem PLL-Kreis 16 zugeführt, der zugleich von der Leseeinheit 6 die Informa­ tionssignale erhält, welche in Form einer Frequenz bzw. Um­ fangsgeschwindigkeit der Scheibe 1 der Schaltung 16 zugeführt werden. Die PLL-Schaltung 16 ist mit einem Motor 18 verbunden, der die Drehung des Werkzeuges, abhängig von den von der Schaltung 16 empfangenen Ausgangssignalen, steuert.

Gemäß dem gezeigten Blockschaltbild ist ein Generator 13 vor­ gesehen, der einen Frequenzsollwert erzeugt und an die PLL- Schaltung 16 anlegt. Der Ausgang der PLL-Schaltung 16 ist über einen Verstärker 17 an den Eingang eines Motors 18 gekoppelt, der gemäß vorstehender Beschreibung über eine Welle mit der Speicherscheibe 1 in Verbindung steht. Entsprechend der Dreh­ stellung des Motors 18 bzw. der Scheibe 11 erfolgt eine Abta­ stung über die Leseeinheit 6 und die erzeugten Signale werden an einen zweiten Eingang der Schaltung 16 angelegt und mit dem Sollwert verglichen, derart, daß eine Einregelung des Motors 18 so lange erfolgt, als die beiden der Schaltung 16 zugeführ­ ten Frequenzsignale unterschiedlich sind. Bei der Digital-Po­ sition-Betriebsart wird entsprechend verfahren, d. h. die bei­ den der Schaltung 16 zugeführten Eingangssignale, die in die­ sem Falle nicht frequenzabhängig sind, werden miteinander ver­ glichen und eine Regelung erfolgt so lange, bis die beiden Signale gleich sind und damit die vorgegebene Position bzw. Winkelstellung eingenommen ist.

Die in Verbindung mit Fig. 3 gezeigte Schaltung eignet sich vorzugsweise bei einer Drehtischsteuerung.

Die Speicherung der Positionsinformationssignale in den kon­ zentrischen Kreisen des Speicherelements 1 hat zum Vorteil, daß 0/1 Informationen anfallen und dabei die Informationsmenge je Kreis mit zunehmendem Radius zunimmt, d. h. der innerste Kreis eine Informationsmenge 2⁰, der nächstfolgende Kreis 2 ¹ usw. liefert.

Die Verwendung eines lichtundurchlässigen Materials hinsicht­ lich der Speicherplatte 1 hat zum Vorteil, daß gegenüber Spei­ cherplatten aus transparentem Medium eine wesentlich höhere digitale Speicherfähigkeit bezüglich des Speichermediums er­ reichbar und außerdem eine Herstellung derartiger Speicher­ platten äußerst wirtschaftlich ist. Nach Herstellung einer Ma­ ster-Platte lassen sich Kopien äußerst billig herstellen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht da­ rin, daß die Laser-Lichtquelle einerseits und die Leseköpfe andererseits stets auf einer Seite der Speicherplatte angeord­ net sind und damit als eine Einheit gestaltet werden können.

Claims (6)

1. Positionsauslesevorrichtung, insbesondere für Maschinen- und Drehtischsteuerungen, dadurch gekennzeichnet,
daß eine drehfähig angeordnete, mittels eines Abtast­ strahles abtastbare Speicherplatte (1) vorgesehen ist, auf welcher Positionsinformationen bzw. -signale entlang von durch konzentrische Kreise (2a, 2b usw.) gebildeten Spuren gespeichert sind,
daß die Speicherplatte (1) drehfest mit einer Welle (4) eines Werkzeugs oder dergleichen verbunden ist,
daß eine gegenüber der Speicherplatte (1) stationär ange­ ordnete Leseeinheit (6) vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von Leseköpfen enthält, deren Zahl gleich der Zahl der Positionsinformationen enthaltenden, konzentrischen Krei­ se der Speicherplatte (1) ist.

2. Positionsauslesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Speicherplatte (1) aus lichtdurch­ lässigem oder lichtreflektierendem Material besteht.

3. Positionsauslesevorrichtung mach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionsinformationen in digitaler Form als Pits entlang der konzentrischen Kreise (2a, 2b usw.) gespeichert sind.

4. Positionsauslesevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Positionsinformationen auf den einzelnen konzentrischen Kreisen (2a, 2b usw.) in Form von Gräben vorgesehen sind.

5. Positionsauslesevorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseköpfe der Leseeinheit (6) in einer Reihe angeordnet sind.

6. Positionsauslesevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leseköpfe der Leseeinheit (6) auf einer Linie angeordnet sind, die in Radialrichtung von der Mitte der Speicherplatte aus verläuft.