DE4224654A1

DE4224654A1 - Position measuring device - has disc with pseudo-random marking sequence forming bit pattern which is converted into binary signals from which code elements are extracted

Info

Publication number: DE4224654A1
Application number: DE19924224654
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr Kennel; Kurt Armitter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-07-25
Filing date: 1992-07-25
Publication date: 1994-01-27
Also published as: CH685172A5

Abstract

The device includes a disc (17) with markings (10) in the form of a series of code elements which, reading in the direction of relative motion, form a non-regular bit pattern which is detected (11) and converted into binary signals. A clock signal (T) derived from the binary signal (w) is used to extract the individual code elements of the binary signal. The code element sequence can be arranged as a pseudo random series. An additional code element of value 0 is introduced into the longest bit combination of value 0 occurring in the pseudo random series. USE/ADVANTAGE - For determining relative position of two mutually relatively movable objects, e.g. for motor rotor position encoder. High accuracy and simple construction. Additional clock markings are not required.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Positionsmeßeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie sie aus der EP-B1 116 636 bekannt ist. Diese besitzt einen Geber mit Markierungen in Form einer Folge von Codeelementen sowie eine Vorrichtung zum Erkennen dieser Code elemente aufweist. Die auf dem Geber angeordneten Codeelemente bilden eine Pseudozufallsfolge mit einer charakteristischen Wort länge. Zur Positionserfassung muß eine Bitsequenz mit wenigstens Wortlänge ausgelesen werden. Die Erfassungsvorrichtung ist so aus gebildet, daß sie stets zumindest die Anzahl der zur Bildung eines Wortes erforderlichen Bits ausliest. Nachteilig an dieser Anordnung ist die relativ große Breite der Erfassungsvorrichtung, die wenig stens der physikalischen Länge eines Wortes der Pseudozufallsfolge entsprechen muß. Diese Breite wird umso größer, je höher die ge wünschte Ortsauflösung, und damit je höher die Ordnung der verwen deten Pseudozufallsfolge ist. The invention is based on a position measuring device according to the Genus of the main claim, as known from EP-B1 116 636 is. This has an encoder with markings in the form of a sequence of code elements and a device for recognizing this code has elements. The code elements arranged on the encoder form a pseudo random sequence with a characteristic word length. A bit sequence with at least Word length can be read. The detection device is so formed that they always at least the number of to form a Reads out the required bits. A disadvantage of this arrangement is the relatively large width of the detection device, the little least the physical length of a word in the pseudo-random sequence must correspond. This width increases, the higher the ge desired spatial resolution, and thus the higher the order of the used is the pseudo random sequence.

Aus der FR-A 2 551 203 ist eine aus zwei Geberscheiben und einer Erfassungseinrichtung bestehende Anordnung zur Winkelbestimmung bekannt. Eine Geberscheibe weist digitale Markierungen auf, die im Bewegungszustand ein unregelmäßiges Rechtecksignal erzeugen, wobei die ansteigenden Flanken in regelmäßigem Abstand, die abfallenden Flanken in veränderlichen Abständen liegen. Mit Hilfe des von der ersten Geberscheibe abgegebenen Taktsignals kann das unregelmäßige Rechtecksignal eindeutig der zweiten Geberscheide zugeordnet werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß zwei Geber vorzusehen sind.FR-A 2 551 203 is one of two encoder disks and one Detection device existing arrangement for angle determination known. A sensor disc has digital markings that are in the Movement state generate an irregular square wave signal, whereby the rising flanks at regular intervals, the falling flanks Flanks lie at variable intervals. With the help of the First clock disc delivered clock signal can be irregular The square wave signal can be clearly assigned to the second encoder sheath. The disadvantage of this arrangement is that two sensors must be provided.

Aus der deutschen Patentanmeldung Aktenzeichen P 39 42 800.1 ist eine Anordnung zur Erkennung der Position einer Nockenwelle bekannt, deren wesentliche Bestandteile eine mit einer Pseudozufallsfolge markierte Geberscheibe sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der Markierungen sind. Die Schrift macht ferner den Vorschlag, die Markierungen an dem Geber so auszubilden, daß das bei Bewegung abgegebene Pseudozufallsfolgensignal in phasenmodulierter Form entsteht. Auf diese Weise kann die zur Positionsbestimmung erforderliche Breite eines einzelnen Bits innerhalb des abgegebenen Signals ohne Hinzuziehung eines Taktsignals direkt aus dem Meßsignal gewonnen werden. Eine phasenmodulierte Markierung erhöht die zu übertragende Informationsdichte. Dadurch werden erhöhte Anforderungen an den Herstellungsaufwand - es müssen bezogen auf eine Längeneinheit mehr Markierungen angebracht werden - als auch an den einzusetzenden Erfassungssensor gestellt.From the German patent application is file number P 39 42 800.1 an arrangement for detecting the position of a camshaft is known, the essential components of which have a pseudo-random sequence marked encoder disc and a device for detecting the Marks are. Scripture also makes the suggestion that Form markings on the encoder so that when moving emitted pseudorandom sequence signal in phase-modulated form arises. In this way, the position determination required width of a single bit within the given Signal without using a clock signal directly from the measurement signal be won. A phase-modulated marker increases the transmitting information density. This will increase Manufacturing requirements - it must be related to a unit of length more markings are attached - as well the detection sensor to be used.

Aus der Schrift IEEE, Transactions, IM 36, Nr. 4, 1987, S. 950-955, ist ferner der Vorschlag bekannt, zur Erzielung einer höheren Auflösung einen Geber mit zwei markierten Pseudozufallsfolgen zu verwenden, die parallel angeordnet sind.From the publication IEEE, Transactions, IM 36, No. 4, 1987, pp. 950-955, the proposal is also known to achieve a higher Resolution to an encoder with two marked pseudo random sequences use that are arranged in parallel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionsmeßeinrichtung anzugeben, die bei möglichst einfachem Aufbau eine gute Meßgenauigkeit liefert. The invention has for its object a Specify position measuring device with the simplest possible Structure provides good measurement accuracy.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Eine erfindungsgemäße Meßanordnung benötigt nur eine einzige Gebermarkierungsspur. Zusatzmarkierungen für die Generierung des Taktes sind nicht erforderlich. Der für die Anordnung der Geber markierungen zu Verfügung stehende Raum kann vollständig zugunsten einer möglichst genauen Markierung verwendet werden.The problem is solved by an arrangement with the features of Main claim. A measuring arrangement according to the invention requires only one only encoder marking track. Additional markings for the generation the beat are not required. The one for the arrangement of the donors Markings available space can be completely in favor the most accurate marking possible.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt eine Erfassungsvor richtung in Form eines Sensors oder dergleichen, die lediglich ge eignet sein muß, die Gebermarkierung bitweise zu erkennen. Die Er fassungsvorrichtung kann dadurch sehr platzsparend ausgeführt werden. Es ist ferner nur eine Erfassungsvorrichtung erforderlich. Dies bringt zum einen Kostenvorteile gegenüber Lösungen mit mehreren Gebern, zum anderen verringert es die Zahl möglicher Fehlerquellen in einer Meßanordnung.A device according to the invention requires a pre-detection direction in the form of a sensor or the like, the only ge must be suitable to recognize the encoder marking bit by bit. The he The mounting device can be designed to be very space-saving become. Furthermore, only one detection device is required. On the one hand, this brings cost advantages over solutions with several Secondly, it reduces the number of possible sources of error in a measuring arrangement.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the following Description explained in more detail with reference to the drawing.

drawing

Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der vorgeschlagenen Posi tionsmeßeinrichtung, Fig. 2 eine optische Codierung mit einem zuge hörigen elektrischen Binärsignal, Fig. 3 das Taktsignal T zu Fig. 2, Fig. 4 eine Möglichkeit für die Erzeugung eines Informations signals über die Phasenverschiebung, Fig. 5 eine Steuerstrategie, um eine Synchronisation der Signale zu erreichen.In the drawings: Figure 1 is a block diagram of the proposed Posi tionsmeßeinrichtung, Figure 2 is an optical encoding with an associated hearing electrical binary signal, Figure 3 shows the clock signal T to Figure 2, Figure 4 is a possibility for generating an information signal via the..... phase shift, Fig. 5 a control strategy in order to achieve synchronization of the signals.

Description of an embodiment

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung gliedert sich in drei Haupt bestandteile: Den Geber 17, die Erfassungsvorrichtung 11, sowie die Auswerteanordnung 12 bis 16. The arrangement shown in Fig. 1 is divided into three main components: the encoder 17 , the detection device 11 , and the evaluation arrangement 12 to 16th

Der Geber 17 ist im Beispiel der Fig. 1 ein in Form einer Scheibe ausgeführter Drehgeber, der fest mit einem sich drehenden Objekt, wie zum Beispiel dem Läufer eines Motors verbunden ist. Auf einer Ober- oder Außenseite der Geberscheibe 17 befinden sich, angeordnet auf einer ringförmig um die Drehachse verlaufenden Spur, Markierungen 10 in Form von Codeelementen. Die Markierungen 10 bilden eine beliebig wählbare Folge von Bitsequenzen, die so ange ordnet sind, daß sie eine möglichst genaue und schnelle Positions bestimmung gestatten. Sie können sowohl optisch, zum Beispiel als Barcode, als auch magnetisch oder geometrisch, zum Beispiel durch Erhöhungen, Vertiefungen, Einschnitte usw., ausgebildet sein. Alle einzelnen Codeelemente haben dieselbe Winkelbreite 22 und stimmen zweckmäßig auch bezüglich ihrer Grundfläche überein. Jedes einzelne Codeelement entspricht entweder dem Wert logisch 1 oder dem Wert logisch 0, die Werte 0 und 1 sind in scheinbar unregelmäßiger Folge hintereinander angeordnet.In the example of FIG. 1, the encoder 17 is a rotary encoder designed in the form of a disk, which is firmly connected to a rotating object, such as the rotor of a motor. Markings 10 in the form of code elements are arranged on an upper or outer side of the encoder disk 17 , arranged on a track running in a ring around the axis of rotation. The markings 10 form an arbitrarily selectable sequence of bit sequences, which are arranged in such a way that they allow the most accurate and quick position determination possible. They can be designed both optically, for example as a barcode, and magnetically or geometrically, for example by means of elevations, depressions, incisions, etc. All individual code elements have the same angular width 22 and appropriately match their base area. Each individual code element corresponds to either the value logical 1 or the value logical 0, the values 0 and 1 are arranged in an apparently irregular sequence one after the other.

Auf dem relativ zum Geber 17 in Ruhe befindlichen zweiten Teil der Anordnung befindet sich eine Erfassungsvorrichtung 11 zum Erfassen der auf dem Geber angebrachten Markierungen 10. Sie ist in Anpassung an die auf dem Geber 17 verwendeten Markierungen 10 als optischer, magnetischer oder mechanischer Abtaster ausgebildet. Die Erfassungs vorrichtung 11 ist so angeordnet, daß sich im bewegten Zustand die auf dem Geber 17 angeordneten Markierungen 10 seriell an ihr vorbei bewegen. Sie erkennt das im Bewegungszustand jeweils an ihr vorbei geführte binäre Codeelement und setzt den erfaßten Wert des abge lesenen Codeelementes in ein für die weitere Verarbeitung in der Auswerteschaltung geeignetes binäres elektrisches Signal w um. On the second part of the arrangement, which is at rest relative to the transmitter 17, there is a detection device 11 for detecting the markings 10 made on the transmitter. It is designed to match the markings 10 used on the encoder 17 as an optical, magnetic or mechanical scanner. The detection device 11 is arranged so that the marks 10 arranged on the transmitter 17 move past it serially in the moved state. It recognizes the binary code element that is guided past it in the movement state and converts the detected value of the read code element into a binary electrical signal w suitable for further processing in the evaluation circuit.

Der Erfassungsvorrichtung 11 nachgeschaltet ist ein Regelkreis mit einer Summierstelle 12, einem Regler 13, einem Taktgenerator 14 sowie einem Signalgenerator 15. Führungsgröße des Regelkreises 12 bis 15 ist das von der Erfassungsrichtung 11 abgegebene Binärsignal w, Regelgröße ist ein Taktsignal T mit der Dimension einer Frequenz, im folgenden kurz mit Takt bezeichnet, das die Zerlegung des von der Erfassungsrichtung 11 stammenden Binärcodesignals in seine einzelnen Codeelemente gestattet. Das regelkreisausgangsseitige Taktsignal T sowie das von der Erfassungseinrichtung 11 abgegebene Binärsignal w sind über entsprechende Verzweigungen weiterhin einer Lagebe stimmungseinrichtung 16 zugeführt. Diese bestimmt durch Überlagerung beider zugeführter Signale die jeweils augenblickliche Winkellage bzw. Position P der Geberscheibe 17.A control circuit with a summing point 12 , a controller 13 , a clock generator 14 and a signal generator 15 is connected downstream of the detection device 11 . The control variable of the control circuit 12 to 15 is the binary signal w emitted by the detection direction 11 , the control variable is a clock signal T with the dimension of a frequency, hereinafter briefly referred to as the clock, which allows the binary code signal originating from the detection direction 11 to be broken down into its individual code elements. The control loop output-side clock signal T and the binary signal w emitted by the detection device 11 are also fed to a position-determining device 16 via corresponding branches. By superimposing the two supplied signals, this determines the instantaneous angular position or position P of the encoder disk 17 .

Die Funktion der Anordnung 10 bis 16 wird nachfolgend näher er läutert. Geber 17 und Erfassungseinrichtung 11 wirken in an sich bekannter Weise zusammen. Die Gebermarkierungen 10 sind vorzugsweise als optisch lesbares Strichmuster aufgebracht, die Erfassungsein richtung 11 ist in diesem Fall ein optischer Abtaster. Im bewegten Zustand, das heißt, die Geberscheibe dreht sich, läuft das Strich muster durch das Erkennungsfeld des Abtasters 11. Dadurch entsteht ein Hell-Dunkel-Signal, das der Abtaster 11 umsetzt in das Binär signal w, welches zweckmäßig in Form eines Rechteckspannungssignales mit einem hohen sowie einem niedrigen Spannungspegel, wobei ein Spannungspegel dem logischen Wert 1 entspricht, der andere dem logischen Wert 0, am Ausgang des Abtasters anliegt. Fig. 2a zeigt ein Beispiel für ein optisches Strichmuster, Fig. 2b ein zuge höriges Rechteckspannungssignal w, wie es von dem Strichmuster gemäß Fig. 2a am Ausgang des Abtasters 11 erzeugt werden würde. The function of the arrangement 10 to 16 is explained in more detail below. Encoder 17 and detection device 11 interact in a manner known per se. The encoder marks 10 are preferably applied as an optically readable line pattern, in this case the detection device 11 is an optical scanner. In the moving state, that is, the encoder disk rotates, the line pattern runs through the detection field of the scanner 11 . This creates a light-dark signal, which the scanner 11 converts into the binary signal w, which is expediently in the form of a square-wave voltage signal with a high and a low voltage level, one voltage level corresponding to the logic value 1 and the other to the logic value 0, is present at the output of the scanner. Fig. 2a shows an example of an optical line pattern, Fig. 2b an associated rectangular voltage signal w, as it would be generated by the line pattern of FIG. 2a at the output of the scanner 11 .

Wie in Fig. 2b gezeigt, besteht das Signal w in der Regel aus einer Aneinanderreihung ungleichlanger Rechteckimpulse in scheinbar un regelmäßiger Folge. Die Breite der einzelnen Rechteckimpulse hängt dabei einerseits von der Zahl der ausgelesenen aufeinanderfolgenden Bits gleicher Wertigkeit, sowie andererseits von der Bewegungsge schwindigkeit der Geberscheibe 17 ab. Um die in dem Signal w ent haltene Information überhaupt nutzen zu können, ist es erforderlich, zu jedem Rechteckimpuls die Zahl der Bits zu kennen, die seine Breite bestimmen. Dies geschieht zweckmäßig mit Hilfe dem Signal w überlagerten Taktsignales T, das jeweils den Beginn bzw. die Breite 22 jedes einzelnen Bits des Signals w markiert.As shown in Fig. 2b, the signal w usually consists of a series of uneven rectangular pulses in a seemingly irregular sequence. The width of the individual rectangular pulses depends on the one hand on the number of successive bits of the same value read out, and on the other hand on the speed of movement of the encoder disk 17 . In order to be able to use the information contained in the signal w at all, it is necessary to know the number of bits for each rectangular pulse which determine its width. This is expediently done with the aid of the clock signal T superimposed on the signal w, which in each case marks the beginning or the width 22 of each individual bit of the signal w.

Ein solches, in Fig. 3 gezeigtes Taktsignal T wird mittels des Regelkreises 12 bis 15 wie folgt gewonnen. Ein Signalgenerator 15 erzeugt fortlaufend ein zweites Binärsignal u, dessen Bitmuster mit dem auf der Geberscheibe 17 markierten identisch übereinstimmt, dem zunächst jedoch eine beliebige Taktfrequenz zugrundeliegt. Die Takt frequenz liefert der Taktgenerator 14. Vom Signalgenerator 15 wird das Binärsignal u der Summierstelle 12 zugeführt, wo es mit dem von der Erfassungseinrichtung 11 kommenden gemessenen Binärsignal w ver glichen wird. Zweckmäßig ist die Summierstelle 12 in Form eines Phasenreglers ausgeführt, der die beiden Signale u und w - be stimmungsgemäß - auf eventuell bestehende Phasenabweichungen hin untersucht. Bei Nichtübereinstimmung der beiden verglichenen Signale u und w gibt der Phasenregler 12 ein Signal mit einer entsprechenden Information an den Regler 13 ab. Dieser ermittelt aus der Infor mation des Phasenreglers 12, ob die Frequenz des vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignals u erhöht oder verringert werden muß. Ent sprechend dem gefundenen Ergebnis übermittelt der Regler 13 ein Signal an den Taktgenerator 14, welches bewirkt, daß der Takt generator 14 die Frequenz des Taktsignals T vergrößert wenn die Geschwindigkeit des vom Signalgenerator 15 erzeugten Binär signals u gegenüber dem von der Erfassungseinrichtung 11 gemessenen Binärsignals w nacheilt und verringert, wenn das generierte Binär signal u dem gemessenen Binärsignal w voreilt.Such a clock signal T shown in FIG. 3 is obtained by means of the control circuit 12 to 15 as follows. A signal generator 15 continuously generates a second binary signal u, the bit pattern of which corresponds identically to that marked on the encoder disk 17 , but which is initially based on an arbitrary clock frequency. The clock frequency is supplied by the clock generator 14 . From the signal generator 15 , the binary signal u is supplied to the summing point 12 , where it is compared with the measured binary signal w coming from the detection device 11 . The summing point 12 is expediently designed in the form of a phase controller, which examines the two signals u and w - in accordance with the mood - for possible phase deviations. If the two compared signals u and w do not match, the phase controller 12 outputs a signal with corresponding information to the controller 13 . This determines from the information of the phase controller 12 whether the frequency of the binary signal u generated by the signal generator 15 must be increased or decreased. Accordingly, the result found, the controller 13 transmits a signal to the clock generator 14 , which causes the clock generator 14 to increase the frequency of the clock signal T when the speed of the binary signal generated by the signal generator 15 u compared to the binary signal w measured by the detection device 11 lags and decreases when the generated binary signal u leads the measured binary signal w.

Der vorstehend beschriebene Regelmechanismus wird nachfolgend noch näher erläutert. Die Geschwindigkeiten der beiden Binärsignale u und w vergleicht der Phasenregler 12, indem er zum Beispiel prüft, welches der beiden Signale u bzw. w zuerst eine abfallende Flanke aufweist. Dies kann mittels einer logischen Schaltung erfolgen mit zwei Eingängen, an denen die Signale u und w anliegen, sowie mit zwei Ausgängen, an denen Signale a₁ bzw. a₂ mit Informationen über eine eventuelle Phasenverschiebung zwischen den Eingangs signalen anliegen. Ein Beispiel für eine mögliche Funktionsweise einer solchen Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4a fallen die Flanken des Signales u vor den Flanken des Signales w ab, das Ausgangssignal a₁ liegt deshalb konstant auf dem logischen Wert 1, das Ausgangssignal 2 wechselt jeweils zwischen dem Erscheinen aufeinanderfolgender abfallender Flanken der Signale u und w seine Polarität. Den umgekehrten Fall zeigt Fig. 4b, das Signal u eilt hier dem Signal w nach. In diesem Fall erscheint am Ausgang a₁ ein Signal, dessen Polarität jeweils zwischen dem Erscheinen aufeinan derfolgender abfallender Flanken wechselt, während das am Ausgang a₂ anliegende Signal einen konstanten Pegel hat. Die in den beiden Ausgangssignalen a₁ und a₂ enthaltene Information wird dem Regler 13 zugeführt. The control mechanism described above is explained in more detail below. The phase controller 12 compares the speeds of the two binary signals u and w, for example by checking which of the two signals u and w has a falling edge first. This can be done by means of a logic circuit with two inputs, at which the signals u and w are present, and with two outputs, at which signals a ₁ and a _{2 are present} with information about a possible phase shift between the input signals. An example of a possible mode of operation of such a circuit is shown in FIG. 4. In Fig. 4a, the edges of the signal u fall before the edges of the signal w, the output signal a₁ is therefore constantly at the logical value 1, the output signal 2 changes between the appearance of successive falling edges of the signals u and w its polarity. The reverse case, Fig. 4b, the signal u w approaches here the signal after. In this case, a signal appears at output a ₁ , the polarity of which alternates between the appearance of successive falling edges, while the signal present at output a _{2 has} a constant level. The information contained in the two output signals a ₁ and a ₂ is fed to the controller 13 .

Aufgrund des von der Summierstelle 12, das heißt im vorliegenden Fall vom Phasenregler kommenden Signales kann der Regler 13 ent scheiden, ob und welches der beiden Binärsignale u bzw. w dem anderen voreilt. Laufen die Flanken des vom Signalgenerator 15 er zeugten Binärsignals u später ein als die des vom Abtaster 11 ge messenen Binärsignals w, veranlaßt der Regler 13 den Taktgenerator 14, die Taktfrequenz T, die dem vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignal u zugrundeliegt und die dessen Geschwindigkeit bestimmt, zu erhöhen.On the basis of the signal coming from the summing point 12 , that is to say in the present case from the phase controller, the controller 13 can decide whether and which of the two binary signals u or w leads the other. Run the edges of the signal generator 15 he generated the binary signal u later than that of the ge measured by the scanner 11 binary signal w, the controller 13 causes the clock generator 14 , the clock frequency T, which is based on the binary signal generated by the signal generator 15 and which determines its speed to increase.

Zweckmäßig erfolgt die Erhöhung der Taktfrequenz T nicht linear, sondern nach dem in Fig. 5a prinzipiell dargestellten Schema. Danach wird die Taktfrequenz T zunächst zu einem Zeitpunkt t₁ sehr deutlich erhöht, um zu bewirken, daß das vom Signalgenerator 15 erzeugte Binärsignal u sich an dem vom Abtaster 11 gemessenen Binär signal w vorbeibewegt. Nach kurzer Zeit, zum Zeitpunkt t₂, ver ringert der Taktgenerator 14 dann die Taktfrequenz T wieder so, daß die schließlich eingestellte Taktfrequenz T über der vor Beginn des Regelvorgangs eingestellten liegt. Ist nach dem Regelvorgang das generierte Binärsignal u noch immer schneller als das gemessene Binärsignal w, wird er Regelvorgang wiederholt.The clock frequency T is expediently not increased linearly, but rather according to the scheme shown in principle in FIG. 5a. Thereafter, the clock frequency T is first increased very significantly at a time t _{1 in} order to cause the binary signal u generated by the signal generator 15 to move past the binary signal w measured by the scanner 11 . After a short time, at time t₂, the clock generator 14 then reduces the clock frequency T again so that the clock frequency T finally set is above that set before the start of the control process. If the generated binary signal u is still faster than the measured binary signal w after the control process, the control process is repeated.

Stellt der Regler 13 fest, daß die Flanken des vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignals u schneller einlaufen als die des vom Abtaster 11 gemessenen Binärsignals w, so gibt der Regler an den Taktgenerator 14 ein Signal, aufgrund dessen dieser die Frequenz des Taktsignals T verringert. Die Frequenzverringerung geschieht zweck mäßig analog wie bei der Erhöhung, jedoch in umgekehrter Richtung. Wie in Fig. 5b dargestellt, wird die Frequenz des Taktsignals T zunächst zum Zeitpunkt t₃ kurzzeitig stark verringert. Das vom Abtaster 11 gemessene Binärsignal w läuft dadurch an dem vom Signal generator 15 generierten Binärsignal u vorbei. Nach kurzer Zeit, zum Zeitpunkt t₄, wird die Taktfrequenz dann wieder etwas erhöht, wobei die schließlich eingestellte Taktfrequenz aber unterhalb der vor dem Regelvorgang anliegenden Taktfrequenz liegt. Ist nach dem Regelvorgang das vom Abtaster 11 gemessene Binärsignal w noch immer schneller als das vom Signalgenerator 15 erzeugte, wird der Regel vorgang wiederholt.If the controller 13 determines that the edges of the binary signal u generated by the signal generator 15 run in faster than that of the binary signal w measured by the scanner 11 , the controller outputs a signal to the clock generator 14 , on the basis of which the latter reduces the frequency of the clock signal T. The frequency reduction is appropriately analogous to the increase, but in the opposite direction. As shown in FIG. 5b, the frequency of the clock signal T is initially greatly reduced briefly at time t ₃ . The binary signal w measured by the scanner 11 thus passes the binary signal u generated by the signal generator 15 . After a short time, at time t ₄ , the clock frequency is then increased again somewhat, the clock frequency finally set being below the clock frequency present before the control process. After the control process, the binary signal w measured by the scanner 11 is still faster than that generated by the signal generator 15 , the control process is repeated.

Die anhand der Fig. 5a und 5b dargestellte Vorgehensweise zur Änderung der Taktfrequenz gibt die Grundidee einer Steuerstrategie wieder, die speziell darin besteht, ein Überschwingen vorzusehen, das sich in einem Phasensprung der Regelgröße auswirkt. Für praktische Realisierungen gewählte Steuerfunktionen können von dem in Fig. 5 dargestellten Schema deutlich abweichen. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, mehrere Stufen vorzusehen, oder weichere Übergänge zwischen den einzelnen Stufen einzuführen. Die wählbaren Regelparameter Höhe der Stufen, d. h. um wieviel die Taktfrequenz zunächst erhöht bzw. verringert wird, sowie Schaltzeitpunkte t₁ bis t₄ sollten für die Praxis durch vorhergehende Versuche zumin dest verifiziert werden, um die Möglichkeit instabiler Schwingungs zustände auszuschließen.The procedure for changing the clock frequency illustrated with reference to FIGS. 5a and 5b reflects the basic idea of a control strategy, which specifically consists in providing an overshoot which has an effect in a phase jump in the controlled variable. Control functions selected for practical implementations can deviate significantly from the diagram shown in FIG. 5. In particular, it can be expedient to provide several stages or to introduce softer transitions between the individual stages. The selectable control parameters level of the stages, ie by how much the clock frequency is initially increased or decreased, and switching times t ₁ to t ₄ should be verified in practice, at least at least, in order to rule out the possibility of unstable vibration conditions.

Ein Regler, der das in Fig. 5 dargestellte Verhalten zumindest näherungsweise zeigt, ist ein PI-Regler, wenn als Eingangssignal ein Rechtecksignal zugeführt wird, wobei die Breite der Rechteckimpulse die Größe der Phasenverschiebung, die Polarität die Richtung der Phasenverschiebung angibt.A controller that at least approximately shows the behavior shown in FIG. 5 is a PI controller if a square-wave signal is supplied as the input signal, the width of the square-wave pulses indicating the size of the phase shift and the polarity indicating the direction of the phase shift.

Stimmen die Flanken der im Phasenregler 12 einlaufenden Signale überein, gibt der Regler 13 kein taktänderndes Signal an den Takt generator 14 ab. Das am Ausgang des Taktgenerators 14 anliegende Signal T ist dann der dem von der Erfassungseinrichtung 11 gemes senen Signal zugrundeliegende Takt. Der Regler 13 gibt in diesem Fall ein Signal an die Lagebestimmungseinrichtung 16 ab, woraufhin diese den Wert des am Ausgang des Taktgenerators anliegenden Takt signales T erfaßt. Gleichzeitig erfaßt die Lagebestimmungsein richtung 16 über eine entsprechende Signalleitung das an der Er fassungseinrichtung 11 anliegende gemessene Binärsignal w. Durch geeignete Überlagerung des Signales w mit dem Taktsignal T kann die Lagebestimmungseinrichtung 16 die in dem Binärsignal w enthaltene Information lesen und damit die genaue Winkelposition P der Geber scheibe 17 bestimmen. Das Positionssignal P liegt am Ausgang der Lagebestimmungseinrichtung 16 an.If the edges of the signals arriving in the phase controller 12 match, the controller 13 does not emit a clock-changing signal to the clock generator 14 . The signal T present at the output of the clock generator 14 is then the clock on which the signal measured by the detection device 11 is based. In this case, the controller 13 outputs a signal to the position determination device 16 , whereupon the latter detects the value of the clock signal T present at the output of the clock generator. At the same time Lagebestimmungsein detected direction 16 w at the He detecting means 11 measured applied binary signal through a corresponding signal line. By suitably superimposing the signal w with the clock signal T, the position determination device 16 can read the information contained in the binary signal w and thus determine the exact angular position P of the encoder disk 17 . The position signal P is present at the output of the position determination device 16 .

Zweckmäßig ist die auf der Geberscheibe 17 kodierte Signalfolge eine Pseudozufallsfolge. Pseudozufallsfolgen sind maschinengenerierte Zahlenfolgen mit den Eigenschaften von Zufalls folgen. Die Dar stellung der Pseudozufallsfolgen erfolgt als Folge binärer Zeichen in Form der logischen Variablen 0 und 1. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Ordnung und ihrer Länge. Bei vorgegebener Ordnung N ergibt sich die maximale Länge zu 2^N-1 Bit. Für die erfindungs gemäße Meßanordnung wesentliche Eigenschaft einer Pseudozufallsfolge ist die Struktur der Anordnung der einzelnen Bits. Eine Pseudozu fallsfolge der Ordnung N ist so aufgebaut, das innerhalb der Pseudo zufallsfolge jede mögliche Bitkombination aus N Bits genau einmal auftritt. Die Markierungen 10 der Geberscheibe 17 in Fig. 1 zeigen ein Beispiel für eine Pseudozufallsfolge der Ordnung vier mit den darin enthaltenen Bitkombinationen aus vier Bits. Schraffierte Segmente entsprechen dem Wert logisch 1, weiße Segmente dem Wert logisch 0. Als zweckmäßige Ergänzung wurde, wie nachfolgend noch erläutert wird, zwischen die Bitkombinationen aus drei Codeelementen der Wertigkeit logisch 0 und die aus vier Codeelementen der Wertig keit logisch 1 ein zusätzliches Codeelement der Wertigkeit logisch 0 eingefügt. Sind wenigstens vier aufeinanderfolgenden Bits dieser Pseudozufallsfolge bekannt, ist auch die örtliche Position dieser Bitkombination innerhalb der Pseudozufallsfolge mit einer Genauig keit von 4/15 bekannt. Allgemein gilt für eine Pseudozufallsfolge der Ordnung N, daß für eine eindeutige Lokalisierung einer Bitkom bination mit N Bits genau N aufeinanderfolgende Bits abgetastet werden müssen. The signal sequence coded on the encoder disk 17 is expediently a pseudo random sequence. Pseudo-random sequences are machine-generated sequences of numbers with the properties of random sequences. The pseudo-random sequences are represented as a sequence of binary characters in the form of logical variables 0 and 1. They differ in terms of their order and their length. For a given order N, the maximum length is 2 ^N-1 bits. For the measuring arrangement according to the invention, the essential property of a pseudo random sequence is the structure of the arrangement of the individual bits. A pseudo-case sequence of order N is constructed in such a way that every possible bit combination of N bits occurs exactly once within the pseudo-random sequence. The markings 10 of the encoder disk 17 in FIG. 1 show an example of a pseudo random sequence of order four with the bit combinations of four bits contained therein. Hatched segments correspond to the value logical 1, white segments to the value logical 0. As an expedient, as will be explained below, an additional code element was added between the bit combinations of three code elements of logical 0 value and those of four code elements of logical 1 value Logical value 0 inserted. If at least four successive bits of this pseudo-random sequence are known, the local position of this bit combination within the pseudo-random sequence is also known with an accuracy of 4/15. In general, for a pseudo random sequence of the order N, exactly N consecutive bits must be scanned for a unique localization of a bit combination with N bits.

Eine Einführung in die Theorie der Pseudozufallsfolgen findet sich beispielsweise in W.D.T. Davis, Systemerkennung für adaptive Regelung, Oldenbuchverlag München 1973. Diesen Veröffentlichungen sind auch elektronische Schaltungen zur Erzeugung von Pseudozufalls folgen entnehmbar, wie sie im Signalgenerator 15 eingesetzt werden können.An introduction to the theory of pseudo-random sequences can be found, for example, in WDT Davis, System Recognition for Adaptive Control, Oldenbuch Verlag, Munich 1973. Electronic publications for generating pseudo-random sequences, as can be used in signal generator 15 , can also be found in these publications.

Zur Vereinfachung der Handhabung und vor allem Herstellung von Pseudozufallsfolgen ist es zweckmäßig, die Pseudozufallsfolge um ein zusätzliches Bit zu verlängern, so daß ihre Gesamtlänge 2^N, statt 2^N-1, Bits beträgt. Dies geschieht vorteilhaft durch Einfügung eines Bits der Wertigkeit logisch 0 in diejenige Bitkombination innerhalb der Pseudozufallsfolge, welche aus N-1 gleichen Bits der Wertigkeit logisch 0 besteht. Alle Eigenschaften der Pseudozufalls folge, soweit sie für die vorgeschlagene Meßeinrichtung von Be deutung sind, bleiben dadurch erhalten.To simplify the handling and, above all, the production of pseudo random sequences, it is expedient to extend the pseudo random sequence by an additional bit, so that its total length is 2 ^N , instead of 2 ^N-1 , bits. This is advantageously done by inserting a bit of logic 0 value into the bit combination within the pseudo random sequence which consists of N-1 identical bits of logic 0 value. All properties of the pseudo-random consequence, insofar as they are of importance for the proposed measuring device, are retained.

Die vorgeschlagene Meßanordnung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung bei rotatorischen Bewegungen eingeschränkt. Ebenso kann sie für die Erfassung translatorischer Bewegungen eingesetzt werden.The proposed measuring arrangement is of course not on the Use restricted to rotary movements. Likewise can they are used to record translatory movements.

Claims

1. Position measuring device for determining the relative position of two mutually movable parts, with an encoder, which has markings in the form of a sequence of code elements, which, read in the direction of relative movement, result in a non-regular bit pattern, which detects a detection device and in one Binary signal implements, characterized by a device ( 12 - 15 ), which generates a clock signal (T) from the binary signal (w) given by the detection device ( 11 ) of the markings, the elements of the decomposition of the binary signal (w) into its individual code elements allowed.

2. Position measuring device according to claim 1, characterized in that that the sequence of code elements in the form of a pseudo random sequence are arranged.

3. Position measuring device according to claim 2, characterized in that that in the longest bitcom occurring in the pseudo-random sequence combination of code elements of logical logic 0 an additional one Code element of value 0 is inserted.

4. Position measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the device for obtaining the clock signal (T) has:
a summing point ( 12 ) which compares the binary signal (w) emitted by the detection device ( 11 ) with a second binary signal (u) generated by a signal generator ( 15 ),
a controller ( 13 ) which influences a clock generator ( 14 ) on the basis of the difference between the signals (u) and (w) measured in the summing point ( 12 ),
a clock generator ( 14 ) which, on the basis of the signal received by the controller ( 13 ), influences a signal generator ( 15 ) to generate a predetermined bit pattern,
and a signal generator ( 15 ) for generating a binary signal (u) with a predetermined bit pattern which matches the bit pattern of the markings ( 10 ) on the transmitter ( 17 ).

5. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the detection of the markers ( 10 ) arranged on the encoder ( 17 ) is carried out optically.

6. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the summing point ( 12 ) is a phase controller.

7. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation arrangement ( 12 - 15 ) changes the frequency of the clock signal (T) in the presence of a phase difference at the summing point ( 17 ) initially strongly in the direction of the phase difference determined, and then on sets a value that deviates only slightly from the originally applied value.

8. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 13 ) is a PI controller.