DE4309863C1 - Positionsmeßeinrichtung sowie Verfahren zum Ablesen eines binären Codewortes - Google Patents

Description

Aus der DE 42 09 629 A1 ist eine als Absolutkodierer bezeichnete Vorrichtung zur Positionsmessung bekannt, die die Längsposition eines Lesekopfes in Bezug auf ei­ nen Codemarkenträger bestimmt. Der Codemarkenträger weist entlang seiner Längserstreckung zwei zueinander parallele Codemarkenspuren, nämlich eine Positionsspur und eine Hilfsspur auf. Die Positionsspur enthält die Positionsinformation, wobei die Codemarken jeweils eine festgelegte Länge haben. Die Hilfsspur ist eine Folge von Codemarken mit stetig alternierenden Binärwerten, wobei die Länge der Codemarken in dieser Spur gleich der Hälfte der Länge der Codemarken der Positionsspur ist.

Zum Ablesen der Positionsinformation ist ein Lesekopf vorgesehen, der Sensorgruppen zum Erfassen beider Code­ markenspuren aufweist. Die Sensoren zum Ablesen der Po­ sitionsinformation sind dabei in zwei Gruppen einge­ teilt, die gegeneinander in Richtung der Längserstrek­ kung des Codemarkenträgers um eine halbe Codemarkenlänge versetzt sind. Die Entscheidung, welche der beiden Sen­ sorgruppen ein gültiges, die Position des Lesekopfes kennzeichnendes Signal abgibt, wird anhand einer Phasen­ information getroffen, die sich durch Auswerten der mittels zweier Sensoren gelesenen Hilfsspur ergibt.

Es sind zwei Codemarkenspuren sowie eine entsprechende Anzahl von Sensoren zum Ablesen dieser Spuren erforder­ lich. Wegen der feineren Einteilung der Hilfsspur gegen­ über der Positionsspur, sind zum Ablesen der Hilfsspur Sensoren mit geringeren Abmessungen erforderlich als zum Ablesen der Positionsspur.

Darüberhinaus ist aus der DE 38 25 097 A1 eine Vorrich­ tung zur Positionsmessung bei Kran- und Elektrohängebah­ nen bekannt, bei der längs einer Schiene ein ortsfester Codemarkenträger angeordnet ist, der fortlaufend hinter­ einander angeordnete Codemarken jeweils gleicher Länge enthält. Die Codemarken sind in einer Pseudo-Random-Fol­ ge angeordnet, so daß ein an beliebiger Stelle herausge­ griffenes Codewort mit vorgegebener, d. h. dem Pseudo-Zu­ falls-Code entsprechender Bitzahl von jedem anderen Co­ dewort verschieden ist. Dadurch ist jeder Bitstellung umkehrbar eindeutig ein Codewort zugeordnet. Zum Ablesen des Codewortes ist ein Lesekopf vorgesehen, der Lesesta­ tionen entsprechend der vorgesehenen Bitzahl aufweist. Die Erfassung des Codewortes ist sowohl möglich, wenn der Lesekopf ruht, als auch wenn er sich bewegt.

Jede Lesestation enthält drei Lichtschranken, die neben­ einander in Längsrichtung angeordnet sind. Der Abstand der Lichtschranken untereinander ist zu einem Drittel der Längsausdehnung einer Codemarke festgelegt. Die Lichtschranken sind zu genau drei ineinander geschach­ telten Gruppen zusammengefaßt, und zwar derart, daß ent­ lang des Lesekopfes jeweils eine Lichtschranke der er­ sten, der zweiten und der dritten Gruppe aufeinander folgen. Jede der drei Gruppen von Lichtschranken ist an eine eigene Codeerkennungsschaltung angeschlossen, die das gelesene Codewort einem auf einen Nullpunkt bezoge­ nen Abstandswert zuordnet. Die Codeworte selbst liegen nämlich nicht in einer lexikografischen Folge sondern in einer durch den Pseudo-Random-Code bestimmten Folge vor. Diese Zuordnung erfolgt entweder anhand einer abge­ speicherten Tabelle, wobei jedem Codewort der entspre­ chende Abstandswert zugeordnet ist, oder mittels eines Generators, der die Codewortfolge entsprechend einem mitlaufenden Zähler erzeugt und bei Übereinstimmung des erzeugten Codewortes mit dem gelesenen Codewort den Zäh­ lerstand als Maß für den Abstand ausgibt.

Stimmen die von allen drei Codeerkennungsschaltungen ermittelten Abstandswerte überein, lesen an allen Lese­ stationen alle drei Lichtschranken die jeweils gleiche Codemarke; der ermittelte Abstandswert ist ohne weiteres gültig. Ist der Lesekopf jedoch derart verschoben, daß die Grenze zweier Codemarken in den Bereich einer Lese­ station fällt, liefert die Gruppe von Lichtschranken, in deren Bereich die Codemarkengrenzen fallen, ein unbe­ stimmtes Codewort. Der diesem unbestimmten Codewort von der Codeerkennungsschaltung zugeordnete Abstandswert ist ungültig. Um nun zu erkennen welches der drei gelesenen Codeworte und damit welcher der drei ermittelten Ab­ standswerte gültig ist, werden die drei Abstandswerte miteinander verglichen. Stimmen die Bitworte, die von innerhalb der Lesestationen benachbarten Lichtschranken stammen, miteinander überein ist dieser Abstandswert gültig. Sind jedoch alle drei Bitworte voneinander ver­ schieden, können die Codemarkengrenzen nur bei den je­ weiligen mittleren Lichtschranken liegen, so daß das zweite Bitwort ungültig ist und das erste und das dritte Bitwort innerhalb der Diskretisierung aufeinanderfolgen­ de Abstandswerte liefern. Welcher der beiden aufeinand­ erfolgenden Bitworte zur Bestimmung des Abstandes her­ angezogen wird, ist durch eine Konvention beliebig fest­ gelegt.

Weil für jedes Bit drei Lichtschranken vorgesehen sind, sind bei einem m-Bit-Code 3 × m Lichtschranken erforder­ lich. Bei einem beispielsweise verwendeten 5-Bit-Code, mit dem lediglich 32 Abstandswerte unterscheidbar sind, sind bereits fünfzehn Lichtschranken erforderlich. Lichtschranken stellen jedoch einen nicht zu unterschät­ zenden Kostenfaktor dar.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfa­ ches und sicheres Verfahren zum Ablesen eines Codewortes von einem Codeträger zu schaffen, das mit geringem tech­ nischen Aufwand zu verwirklichen ist, sowie außerdem eine Positionsmeßeinrichtung zu schaffen, die eine si­ chere Bestimmung der jeweiligen Positionen bei einer verringerten Anzahl von Lichtschranken gestattet.

Diese Aufgabe wird von einem Positionsmeßverfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 bzw. von einer Positionsmeßein­ richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.

Das Verfahren ermöglicht das Ablesen eines binären Code­ wortes, von dem Codemarkenträger in jeder Längsposition des Lesekopfes. Selbst wenn die Sensoren des Lesekopfes so stehen, daß eine der beiden Sensorgruppe kein gülti­ ges Binärwort liest, ist es mit dem angegebenen Verfah­ ren möglich, durch eine einfache Untersuchung der Bits­ truktur der abgelesenen Binärworte das gültige von dem ungültigen Binärwort zu unterscheiden. Die Suche nach ungeradzahligen Gruppierungen von Sensoren, die eine "Eins" oder eine "Null" lesen, ist ein einfacher Vor­ gang, der mit wenig technischem Aufwand bspw. von einem in der Auswerteelektronik meist ohnehin vorhandenen Mi­ kroprozessor ausgeführt werden kann. Diese Gruppierungen sind ein sicherer Indikator für die Bestimmung der Sen­ sorgruppe, die das gültige Binärwort abgibt, das dem abzulesenden Codewort entspricht.

Bei der Positioniereinrichtung ist durch die Anordnung zweier Sensorgruppen an dem Lesekopf, deren Sensoren hintereinander abwechselnd angeordnet sind, sicherge­ stellt, daß unabhängig von der Position des Lesekopfes immer wenigstens eine Sensorgruppe ein Binärwort abgibt, das mit dem abzulesenden Codewort übereinstimmt. Weil gegenüber dem Stand der Technik an dem Lesekopf ledig­ lich noch zwei Gruppen von Sensoren vorgesehen sind, entfallen auf jedes Bit des m-Bit-Codes nur noch zwei Sensoren. Dadurch ist der Bauelementeaufwand für diese Sensoren, die Lichtschranken, magnetische, pneumatische oder andere Aufnehmer sein können, und damit auch der Kostenaufwand gesenkt. Außerdem fällt die Konstruktion des Lesekopfes merklich einfacher aus.

Der Auswerteschaltung obliegt die Aufgabe, festzustellen welche der beiden Sensorgruppen gerade ein gültiges Bi­ närwort liest. Während die Information, welche der Sen­ sorgruppen gerade ein gültiges Binärwort und welche ge­ rade ein unbestimmtes Binärwort liest, bei dem Stand der Technik durch die Verwendung dreier Sensoren pro Bit, also mit Hilfe eines nicht unbeträchtlichen Hardware- Aufwandes, gewonnen wird, ist der Aufwand bei der erfin­ dungsgemäßen Positionsmeßeinrichtung in die Auswerte­ schaltung verlagert. Die ohnehin vorhandene Auswerte­ schaltung kann bspw. mit einem Mikroprozessor aufgebaut sein. Dieser ist ohne weiteres in der Lage auch umfang­ reichere Auswertealgorithmen auszuführen. Der Gesamtauf­ wand wird somit entscheidend gesenkt.

Wahlweise ist es unter Verwendung der bislang bei dem Stand der Technik verwendeten Lichtschranken auch mög­ lich, die Codemarken um ein Drittel zu verkürzen und so eine erhöhte Auflösung zu erreichen. Die Codemarke ent­ spricht in ihrer Länge nicht mehr der dreifachen, son­ dern lediglich noch der doppelten Längsausdehnung des Sichtfeldes einer Lichtschranke.

Um ein sicheres Ablesen der Codemarken durch die Senso­ ren sicherzustellen, ist jeder Hilfssensor in einem Ab­ stand von dem jeweils benachbarten Sensor angeordnet, der gleich den Abständen der Sensoren untereinander ist.

Eine relative gute Unempfindlichkeit gegen Fehlpositio­ nierungen und ein zuverlässiges Ablesen der Codemarken wird durch die Anordnung aller Sensoren auf einer Linie erzielt. Dabei sind die Sensoren vorteilhaft als Licht­ schranken auszubilden, die ein Sichtfeld haben, das ge­ rade eine halbe Codemarke erfassen kann.

In einer ersten Ausführungsform können die Sensoren so ausgelegt sein, daß sie nur dann eine Codemarke mit dem Binärwert "Eins" lesen, wenn die betreffende Codemarke mehr als die Hälfte des Sichtfeldes des Sensors über­ deckt. Dann ist sichergestellt, daß bei einer Verschie­ bung des Lesekopfes in Bezug auf den Codemarkenträger von zwei bei einer Codemarke des Wertes "Eins" stehende Sensoren zunächst der aus fahrende Sensor auf "Null" geht, bevor der einfahrende Sensor auf "Eins" geht. In der Konsequenz können n nebeneinanderliegende Codemarken des Wertes "Eins" höchstens 2n Sensoren auf "Eins" steu­ ern, wenigstens werden aber 2n-1, also eine ungerade Anzahl von Sensoren auf "Eins" gesteuert.

Die Auswerteschaltung kann das jeweils gültige Binärwort anhand einfacher Kriterien selektieren. Wenn nämlich die beiden gelesenen Binärworte miteinander übereinstimmen, oder wenn beide Binärworte in der Codemarken folge auf­ einanderfolgende Codeworte sind werden von jeder auf "Eins" stehenden Codemarke genau zwei Sensoren auf "Eins" gesteuert. Die Anzahl der "Eins" lesenden Senso­ ren, die von einer Codemarke "Eins" oder einer Folge solcher Codemarken angesteuert werden, ist demnach ge­ radzahlig. Deshalb legt die Auswerteschaltung in diesem Fall das Binärwort einer beliebig festgelegten Sensor­ gruppe der Positionserkennungsschaltung zu.

Wenn aber die beiden vorgenannten Fälle nicht vorlie­ gen, muß eines der beiden Binärworte ungültig sein. Die­ ses Binärwort weist sowohl einzelne Bits, die bereits in den "nächsten" Zustand gekippt sind, als auch einige Bits auf, die noch in dem "alten" Zustand verharren. Durch die oben beschriebene Einstellung der Sensoren derart, daß die "Null" deutlich bevorzugt wird, gehört der unmittelbar neben einem ungeradzahligen Block "Eins" lesender Sensoren stehende Sensor, der seinerseits "Null" liest, zu der Gruppe, die das ungültige Binärwort liest. Die Auswerteschaltung durchsucht deshalb die fortlaufende Folge der einander abwechselnden Sensoren beider Gruppen einschließlich der Hilfssensoren nach einer zusammenhängenden Gruppierung, in der sich eine ungeradzahlige Anzahl von "Eins" lesenden Sensoren be­ findet und führt das Binärwort der Positionserkennungs­ schaltung zu, dessen zu dem Bereich gehörige "Einsen" unmittelbar "Nullen" benachbart sind.

Anstelle nach "Einsen" kann auch nach einer ungeradzah­ ligen Gruppierung von "Nullen" gesucht werden, wobei dann das Binärwort der Positionserkennungsschaltung zu­ geführt wird, dessen "Einsen" den zu dem Bereich gehö­ rigen "Nullen" unmittelbar benachbart sind. Somit ist ein einfaches und sicheres Kriterium zur Feststellung des gültigen Binärwortes gegeben.

Bei der Positionsmeßeinrichtung ist in einer anderen Ausführungsform anstelle der Bevorzugung von "Nullen" auch eine Bevorzugung von "Einsen" nach den Unteransprü­ chen 11, 12 möglich. Die Auswertung der gelesenen Binär­ worte erfolgt dann sinngemäß in der gleichen Weise wobei jedoch "Nullen" und "Einsen" miteinander zu vertauschen sind. Die Feststellung der Position ist jedoch gleicher­ maßen einfach und sicher.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Sichtfelder der Sensorelemente bzw. die Sensorelemente selbst eine Länge auf, die die Länge der Codemarken erreicht. Die Sensorelemente beider Sensorgruppen sind um eine halbe Codemarkenlänge in Längsrichtung gegeneinander versetzt, und liegen somit im Zick-Zack. Dadurch wird das Ablesen von relativ kurzen Codemarken und dementsprechend eine höhere Auflösung ermöglicht, ohne die Sensorelemente verkleinern zu müssen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Krananordnung mit einem Positionsmeßsy­ stem gemäß der Erfindung in einer perspektivi­ schen Darstellung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Laufschiene des Kra­ nes nach Fig. 1 unter Veranschaulichung des Codeträgers und dem damit zusammenwirkenden Lesekopf,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Lesekopf mit Licht­ schranken und dem Codeträger in schematischer Darstellung, mit einer tabellarischen Darstel­ lung der möglichen Binärwerte der Lichtschranken,

Fig. 4 einen größeren Ausschnitt aus dem Lesekopf mit einem beispielhaft gewählten Ausschnitt aus dem Codeträger, in schematischer Darstellung, mit einer tabellarischen Darstellung der an den Lichtschranken auftretenden Binärwerten,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Arbeits­ weise einer an den Lesekopf angeschlossenen Auswerteelektronik, und

Fig. 6 einen Ausschnitt aus einem Codeträger eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Kran 1 mit einem Ausleger 2 veran­ schaulicht, der eine horizontal angeordnete Laufschiene 2 mit einem I-Profilquerschnitt aufweist. Die Laufschie­ ne 2 kragt einenends aus einer nicht näher veranschau­ lichten Wand 3 aus. Längs der Laufschiene 2 kann ein als Laufkatze 4 ausgebildetes Förderelement laufen, das in Längsrichtung der Laufschiene 2 mittels Laufrollen 5 längs verfahrbar ist, von denen wenigstens eine mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung antreibbar ist. Die Laufkatze 4 ist zum Anheben und Absenken von Lasten 6 mit einem üblichen Hebezeug 7 versehen, an des­ sen Zugmittel 8 die Last 6 anzuhängen ist.

An dem Steg der I-förmigen Laufschiene 2 ist ein Code­ träger 11 befestigt, der sich über die gesamte Länge der verkürzt dargestellten Laufschiene 2 erstreckt. Mit die­ sem Codeträger 11 wirkt ein Lesekopf 12 zusammen, der sich an der Laufkatze 4 befindet und somit an dem Code­ träger vorbeiläuft, wenn sich die Laufkatze 4 längs der Laufschiene 2 bewegt. Der Lesekopf 12 ist über eine Lei­ tung 13 mit einer Auswerteelektronik 14 verbunden, die über Schleifkontakte und Stromschienen, die an der ge­ genüberliegenden Seite des Steges 9 vorgesehen sind, die ermittelten Daten an eine zentrale Steuerschaltung 15 weiterleiten. Zur Datenübertragung kann auch ein Schleppkabel vorgesehen sein. Die Steuerschaltung 15 setzt entsprechend der erreichten Position die Antriebs­ vorrichtung der Laufkatze 4 still oder in Gang. Die Stromschienen für die Antriebseinrichtung befinden sich ebenfalls auf der Rückseite des Steges 9 und sind deswe­ gen wiederum in Fig. 1 nicht sichtbar.

In Fig. 2 ist vergrößert und schematisiert ein Stück des Steges 9 im Ausschnitt dargestellt. Hiernach besteht der Codeträger 11 aus einer länglichen, auf dem Steg 9 befe­ stigten Leiste 10. Auf der Leiste 10 sind gleich große rechteckige Felder 16 ausgebildet, die einzelne Codemar­ ken 17 symbolisieren. Diese Felder 16 sind, wie das Feld 16′, entweder undurchsichtig oder, wie das Feld 16′′, durchsichtig, was den Binärwerten "Null" und "Eins" ent­ spricht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dem undurchsichtigen Feld der Wert "Null" und dem durchsich­ tigen Feld der Wert "Eins" zugeordnet.

Abgetastet und gelesen wird der Codeträger 11 mittels des Lesekopfes 12, der gegenüber der Oberseite des Code­ trägers 11 Lampen 18 und gegenüber der Unterseite Photo­ sensoren 19 trägt. Diese bilden mit den Lampen 18 Licht­ schranken, in deren Lichtweg der Codemarkenträger 11 mit den Codemarken 17 liegt. Sowohl die Photosensoren 19 als auch die Lampen 18 sind an dem Lesekopf 12 auf einem gemeinsamen Rahmen 20 gehaltert, der mit der Laufkatze 4 verbunden ist und beim Fahren der Laufkatze 4 parallel zu dem Codeträger 11 längs mitbewegt wird. Jeder Photo­ sensor 19 - im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies zwölf - ist über Verbindungsleitungen 21, die in Fig. 2 als Bus dargestellt sind, mit der Auswerteschaltung 14 verbunden, die ihre Daten über Schleifleitungen 22 an die zentrale Steuerung 15 meldet.

Bei dem dargestellten Codeträger 11 handelt es sich um einen transmissiven Codeträger, der entsprechend dem Binärwert des jeweiligen Feldes 16 mehr oder weniger Licht durchläßt. Der Codeträger 11 kann auch im ganzen undurchsichtig mit mehr oder weniger reflektierenden Feldern als reflexiver Codeträger ausgebildet sein. Auch dann gibt jede Lichtschranke ein binäres Signal ab, das anzeigt, ob die Codemarke 17, die bei der betreffenden Lichtschranke steht, hell oder dunkel ist.

Die Codemarken 17 sind auf dem Codeträger 11 in einer Pseudo-Random-Folge mit einem bspw. 6-Bit-Code angeord­ net. D.h. jeweils sechs aufeinanderfolgende, von dem Co­ deträger abgelesene Bits bilden ein Binärwort, so daß der Lesekopf 12 bereits ein neues Binärwort liest, wenn er lediglich um eine Bitposition entlang der Laufschiene 2 verfahren wird. Die Auflösung entspricht damit der Größe der Codemarken 17. Mit dem sechs-Bit-Code lassen sich maximal 2⁶ unterschiedliche Binärzahlen ausdrücken. Die maximale Länge des Codeträgers 2 beträgt demnach 2⁶, multipliziert mit der Längsausdehnung einer Codemarke 17. Wegen der lediglich ausschnittsweisen Darstellung des Codeträgers 11, ist die Pseudo-Random-Folge als sol­ che aus den Figuren nicht ersichtlich.

Zum Ablesen des sich für die jeweilige Position der Laufkatze 4 ergebenden sechs Bit zählenden Binärwortes weist der Lesekopf 12 insgesamt zwei mal sechs, also zwölf Photosensoren 19 auf. Die Photosensoren 19 sind in einer Linie parallel zu der Längsrichtung des Codeträ­ gers 11 mit Mittenabständen angeordnet, die halb so groß sind wie die Länge der Codemarken 17. Auf jede im Be­ reich des Lesekopfes 12 befindliche Codemarke 17 entfal­ len somit zwei nebeneinanderliegende Photosensoren 19.

Jeder der Photosensoren 19 weist ein Sichtfeld 23 auf, das in Längsrichtung höchstens halb so lang ist wie eine Codemarke 17. Deshalb entfallen auf jede abzulesende Codemarke 17 zwei Photosensoren 19. Die Größenverhält­ nisse sind am Beispiel einer "Eins" symbolisierenden Codemarke 17 und dreier Photosensoren 19 in Fig. 3 dar­ gestellt. Die Photosensoren 19 sind so ausgerichtet, daß deren jeweils benachbarte Sichtfelder 23 einen Mittenab­ stand voneinander einhalten, der gleich der Hälfte der Längsausdehnung einer Codemarke 17 ist. Außerdem über­ lappen sich die Sichtfelder 23 benachbarter Photosenso­ ren 19 nicht.

Alle Photosensoren 19 sind in ihrer Empfindlichkeit gleichermaßen derart eingestellt, daß sie eine logische "Eins" ausschließlich dann anzeigen, wenn die "Eins" symbolisierende Codemarke 17 mehr als die Hälfte des Sichtfeldes 23 des betreffenden Photosensors 19 über­ deckt. Ansonsten, d. h. wenn bis einschließlich zur Hälf­ te des Sichtfeldes 23 des Photosensors 19 von der Code­ marke "Eins" überdeckt ist, liest der betreffende Photo­ sensor 19 eine "Null". Mit anderen Worten ist die "Null" bevorzugt oder auch "wahrscheinlicher" als die "Eins".

Weil benachbarte Sichtfelder 23 einen Mittenabstand ha­ ben, der gleich der halben Länge einer Codemarke 17 ist, und außerdem nur dann eine "Eins" gelesen wird, wenn mehr als das halbe Sichtfeld 23 von der "Eins"-Codemarke überdeckt ist, kann die Codemarke 17 höchstens zwei be­ nachbarte Photosensoren 19 auf "Eins" steuern. Das gleichzeitige Ansteuern dreier Photosensoren 19 auf "Eins" ist ausgeschlossen. Steht nämlich der Lesekopf 12 mittig über der dargestellten Dreiergruppe von Photosen­ soren 19, ist der mittlere Photosensor auf "Eins", also auf den "richtigen" Binärwert gesteuert. Bei den im Be­ reich der Ränder der Codemarke 17 liegenden Photosenso­ ren 19 ist gerade die Hälfte der entsprechenden Sicht­ felder 23 überdeckt. Diese Photosensoren 19 lesen je­ weils eine "Null", weil weniger als die Hälfte des ent­ sprechenden Sichtfeldes 23 überdeckt ist. Dieser Fall ist in der zugeordneten, ebenfalls in Fig. 3 darge­ stellten Wahrheitstabelle als "Fall 2" bezeichnet.

Eine Verschiebung des Lesekopfes 12 bezüglich des Code­ trägers 11 nach rechts oder nach links führt dazu, daß die Ränder der Codemarke 17 in die jeweilige links bzw. rechts gestrichelt dargestellte Position verschoben wer­ den. Im erstgenannten Fall wird, spätestens wenn ein ausreichender Anteil der in Fig. 3 linken Sichtfläche 23 überdeckt ist, der zugehörige Photosensor 19 eine "Eins" lesen (Fall 1). In dem anderen Fall gilt dies für den in Fig. 3 linken Photosensor 19 (Fall 2).

In jedem der drei Fälle liest wenigstens einer der drei beteiligten Photosensoren 19 den richtigen Binärwert "Eins".

In der Fig. 4 ist ein größerer Ausschnitt des Lesekopfes 12 für 6-Bit-Binärworte dargestellt. Dieser steht mit fünf seiner zwölf Photosensoren 19 (auf der in Fig. 4 linken Seite) einer Stelle 24 des Codemarkenträgers 11 mit zwei benachbarten "Eins" symbolisierenden Codemarken 17 gegenüber. Außerdem stehen drei weitere seiner zwölf Photosensoren 19 bei einer anderen Stelle 25 mit einer einzelnen Codemarke "Eins". Die Codemarken sind ledig­ lich beispielhaft ausgewählt; zwischen beiden können sich weitere Bitfolgen befinden, für die die nachstehen­ den Betrachtungen ebenfalls gelten.

Die Photosensoren 19 sind in zwei Sensorgruppen, nämlich eine erste Sensorgruppe 26 und eine zweite Sensorgruppe 26′ aufgeteilt. Die Photosensoren 19a bis 19f der ersten Sensorgruppe 26 liegen in der fortlaufenden Folge der in einer Reihe angeordneten Photosensoren 19 von links nach rechts gesehen auf den ungeraden Zählpositionen. Die Photosensoren 19a′ bis 19f′ der zweiten Sensorgruppe 26′ liegen auf den geraden Zählpositionen. Die Mittenabstän­ de der Photosensoren 19a bis 19f der ersten der Sen­ sorgruppe 26 sind gleich der Länge einer Codemarke 17. Das gleiche gilt für die Photosensoren 19a′ bis 19f′ der zweiten Sensorgruppe 26′. Die beiden Sensorgruppen 26, 26′ sind also um eine halbe Codemarkenlänge in Längs­ richtung gegeneinander versetzt.

Die bei der Stelle 24 stehenden Codemarken 17 überdecken die Sichtfelder 23 der Photosensoren 19a′, 19b, 19b′ ganz. Demzufolge lesen diese Photosensoren 19a′ bis 19b′ mit Sicherheit eine "Eins". Die randständigen Photosen­ soren 19a, 19c lesen bei mittiger Stellung eine "Null". Mit Sicherheit liest auch der mittig bei der Codemarke 17 an der Stelle 25 stehende Photosensor 19e′ eine "Eins". Demnach geben die Photosensoren 19a′ bis 19f′ der Sensorgruppe 26′ das richtige Binärwort, nämlich 110 . . . 10 ab. Auch bei einer geringen Verschiebung des Lesekopfes nach links oder rechts, so daß bspw. zuerst der Photosensor 19f oder 19e eine "Eins" liest, erfaßt die Sensorgruppe 26′ das richtige Binärwort. Die bei den Rändern der Codemarken 17 stehenden Photosensoren 19a, 19c, 19e, 19f gehören der Sensorgruppe 26 an, die da­ durch ein möglicherweise ungültiges Binärwort liest, und zwar in den Fällen 1.1 und 1.3. Das liegt daran, daß nicht alle im Bereich der Ränder liegenden Photosensoren exakt gleichzeitig umschalten.

Sind die randständigen Photosensoren 19a, 19c oder auch 19e, 19f einer Gruppierung von Photosensoren, die bei einer "Eins" stehen, auf Null", also den bevorzugten Wert gekippt, wird von der betreffenden Codemarke 17 oder Codemarkengruppierung mit "Einsen" eine ungerade Anzahl von Photosensoren auf "Eins" gesteuert. In Fig. 4 sind dies die drei Photosensoren 19a′, 19b, 19b′ auf der linken und der eine Photosensor 19e′ auf der rechten Seite.

Die in diesen ungeradzahligen Gruppierungen von Photo­ sensoren eckständigen Photosensoren 19a′, 19b′ bzw. 19e′ sind mit Sicherheit ganz von den zugeordneten Codemarken 17 abgedeckt. Eckständig werden die Photosensoren dann genannt, wenn sie unmittelbar an "Null" lesende Photo­ sensoren grenzen.

Findet sich demnach in der fortlaufenden Folge der Pho­ tosensoren 19a bis 19f′ wenigstens eine Gruppierung mit einer ungeraden Anzahl "Eins" lesender Photosensoren, gehören deren eckständige Photosensoren zu derjenigen Sensorgruppe 26, die das richtige Binärwort liest. Mit diesem Kriterium ist die Sensorgruppe, die ein gültiges Binärwort abgibt eindeutig zu ermitteln. Sollten mehrere ungeradzahlige Gruppierungen vorhanden sein, von denen eine den ersten oder letzten Photosensor 19a oder 19f′ enthält, ist die Auswahl nach der Gruppierung zu tref­ fen, die die Photosensoren 19a, 19f′ nicht enthält.

Auch in dem Fall 2.2 in Fig. 4, bei dem bei einer Ver­ schiebung des Lesekopfes 12 nach rechts der Photosensor 19a auf "Eins" gekippt ist, der Photosensor 19e aber noch auf "Null" steht, führt das obige Kriterium über den Photosensor 19e′ auf die Sensorgruppe 26′, die das gültige Binärwort liest. Das gleiche gilt für den Fall 3.1, bei dem der Lesekopf nach links verschoben ist, wobei der Photosensor 19c auf "Eins" gekippt, der Photo­ sensor 19f jedoch noch auf "Null" verblieben ist.

Bei den verbleibenden Fällen 2.1 und 3.2, ist keine Gruppierung mit einer ungeradzahligen Anzahl "Eins" zei­ gender Photosensoren auffindbar. Im Fall 2.1 ist der Lesekopf 12 relativ weit nach rechts verschoben und bei­ de Sensorgruppen 26, 26′ lesen das gleiche Binärwort.

In dem Fall 3.2 hingegen ist der Lesekopf soweit nach links verschoben, daß sowohl der Photosensor 19a als auch der Photosensor 19e eine "Null" lesen. Damit liest die Sensorgruppe 26 das Binärwort 011 . . . 01 und die Sen­ sorgruppe 26′ liest das Binärwort 110 . . . 10. Das sind in der Folge der Binärworte unmittelbar aufeinander folgende Binärworte, die zu benachbarten Lesepositionen gehören. Beide Binärworte sind gültig.

In beiden Fällen wird die Auswahl durch eine Bevorzugung einer willkürlich festgelegten Sensorgruppe, bspw. der Sensorgruppe 26 getroffen. Diese Festlegung stellt si­ cher, daß keine Unregelmäßigkeiten in der Meßauflösung des Positionsmeßsystems 1 erhalten werden.

Dem als gültig erkannten Binärwort wird von der Aus­ werteelektronik 14, die eine aus der DE 38 25 097 A1 bekannte Positionserkennungsschaltung enthält, ein Ab­ standswert zugeordnet, der auf einen festgelegten Null­ punkt bezogen ist.

Die sich aus dem vorstehenden ergebende Arbeitsweise der Positionsmeßvorrichtung 1 ist in dem Flußdiagramm in Fig. 5 veranschaulicht und im folgenden kurz zusammen­ gefaßt:

Soll die Position des ruhenden Lesekopfes 12 in Bezug auf den Codemarkenträger 11 ermittelt werden, wird das im Bereiche des Lesekopfes 12 auf dem Codemarkenträger 11 stehende Codewort ermittelt. Zur Bestimmung der Sen­ sorgruppe (26, 26′), die das richtige, dem Codewort ent­ sprechende Binärwort liest, durchsucht die Auswerteelek­ tronik 14 die fortlaufende Folge der Photosensoren 19a bis 19f′ nach einer ungeradzahligen Gruppierung von "Einsen". Wird eine solche Gruppierung gefunden, be­ zeichnen deren eckständige "Einsen" die Sensorgruppe 26 oder 26′, die das gültige Binärwort liest. Dieses Binär­ wort wird von der Auswerteelektronik 14 der Positionsbe­ stimmung zugrundegelegt, die dann auf die aus der DE 38 25 097 A1 bekannten Weise erfolgt.

Sind jedoch lediglich geradzahlige Gruppierungen von "Einsen" vorhanden, ist also keine ungeradzahlige Grup­ pierung von "Einsen" auffindbar, wählt die Auswerteelek­ tronik 14 willkürlich die Sensorgruppe 26 aus und nimmt deren Binärwort als gültig. Die Auswerteschaltung 14 legt dieses der Positionsbestimmung zugrunde. Die in der Auswerteschaltung enthaltene Positionserkennungsschal­ tung ordnet nun dem Binärwort einen auf den Nullpunkt bezogenen Abstandswert zu.

In Abwandlung des Verfahrens ist es auch möglich, daß die Auswerteelektronik 14 für den Fall, daß keine unge­ radzahlige Gruppierung von "Einsen" auffindbar ist, die Sensorgruppe 26′ der Positionsbestimmung zugrundelegt. Es kommt lediglich darauf an, daß die willkürlich fest­ gelegte Sensorgruppe 26 oder 26′ über den gesamten vor­ gesehenen Meßbereich dieselbe ist.

Anstelle der Suche nach einer ungeradzahligen Gruppie­ rung von "Einsen" kann auch nach einer ungeradzahligen Gruppierung von "Nullen" gesucht werden. In Umkehrung der oben beschriebenen Regel liegen die eckständigen "Nullen" einer solchen ungeradzahligen Gruppierung dann gerade in der Gruppe 26 oder 26′, die das ungültige Bi­ närwort liest.

Bei einer anderen Ausführungsform der Positionsmeßein­ richtung sind anstelle der "Nullen" die "Einsen" bevor­ zugt. D.h., daß die entsprechend eingestellten Photosen­ soren nur dann eine "Null" lesen, wenn mehr als die Häl­ fte der Fläche des jeweiligen Sichtfeldes von einer Co­ demarke 17 überdeckt ist, die "Null" bedeutet. Die vor­ stehende Beschreibung gilt dann mit der Maßgabe, daß je­ weils die Begriffe "Null" und "Eins" zu vertauschen sind.

Außerdem ist es, bspw. zur Erkennung von relativ kurzen Codemarken 17, möglich, die Sichtfelder der Photosenso­ ren in ihrer Länge mit den Codemarken 17 übereinstimmend auszulegen. Die Photosensoren der ersten Gruppe 26 und der zweiten Gruppe 26′ sind dann auf zueinander paralle­ len Linien angeordnet. Die Photosensoren 19 sind mit den Mitten ihrer Sichtfelder gegen die Photosensoren 19′ um eine halbe Codemarkenlänge in Längsrichtung versetzt. Im übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen.

Bei einer weiteren, in Fig. 6 angedeuteten Ausführungs­ form ist die Bevorzugung der "Nullen" hinsichtlich der Erkennung durch die Photosensoren 19, 19′ anstelle der entsprechenden Auslegung der Empfindlichkeitscharakteri­ stik der Photosensoren 19, 19′ durch die im folgenden beschriebene Gestaltung des Codemarkenträgers 11a her­ beigeführt worden. Die Empfindlichkeitscharakteristik der Photosensoren ist dabei so gewählt, daß das Umschal­ ten von "Null" auf "Eins" im wesentlichen dann erfolgt, wenn die Hälfte des Sichtfeldes des jeweiligen Photosen­ sors von einer "Eins" bedeutenden Codemarke 17 erfaßt ist.

In der gesamten Codemarkenfolge sind sowohl einzelnste­ hende Codemarken 17a als auch in Gruppen zusammenstehen­ de Codemarken 17b, die "Eins" bedeuten, in ihrer Längs­ ausdehnung gegenüber den "Null" bedeutenden Codemarken 17c verkürzt. Jede "Eins" bedeutende Codemarke 17, die entweder einzeln oder linksseitig in einer Gruppe steht, ist um den Unterschiedsbetrag A kürzer ausgelegt als die übrigen Codemarken. Dadurch sind alle zusammenhängenden Bereiche von "Null" bedeutenden Codemarken 17 um den zweifachen Unterschiedsbetrag zwei mal A länger als die Bereiche, in denen "Einsen" stehen oder in denen wenig­ stens eine "Eins" steht.

Mit dem gleichen Erfolg kann der Unterschiedsbetrag A auch von beiden Seiten, also links- und rechtsseitig von den Bereichen von "Einsen" oder ausschließlich von rechts weggenommen werden.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Codemar­ kenträgers 11a läßt sich zur Erhöhung der Sicherheit auch mit den weiter oben beschriebenen Ausführungsbei­ spielen kombinieren, wobei darauf zu achten ist, daß die Bereiche von "Nullen" dann verlängert werden, wenn ohne­ hin schon die "Nullen" bevorzugt sind. Wenn jedoch die "Einsen" bevorzugt sind, muß der Unterschiedsbetrag A den Bereichen von "Einsen" zugeschlagen werden.

Claims (18)

1. Verfahren zum Ablesen eines binären Codewortes, das aus einer Anzahl von auf einem Codemarkenträger (11) in dessen Längsrichtung aufgebrachten Codemar­ ken (17) gebildet ist,
mittels eines Lesekopfes (12), der zwei Sensorgrup­ pen (26, 26′) aufweist, die unmittelbar aufeinand­ erfolgende Codemarken (17) an zwei in Längsrichtung des Codemarkenträgers (11) gegeneinander um eine halbe Codemarkenlänge versetzten Stellen aufnehmen, wobei eine "Eins" bedeutende Codemarke (17) wenig­ stens einen Sensor (19) einer der beiden Gruppen (26, 26′), höchstens aber zwei Sensoren (19, 19′) auf "Eins" steuert, die keiner gemeinsamen Gruppe angehören, so daß die Sensoren (19, 19′) der Grup­ pen (26, 26′) unabhängig voneinander jeweils ein Binärwort abgeben, von denen wenigstens eines mit dem abzulesenden Codewort übereinstimmt,
wobei zur Bestimmung des mit dem Codewort überein­ stimmenden Binärwortes die fortlaufende Folge ein­ ander abwechselnder Sensoren nach einer ungeradzah­ ligen Gruppierung "Eins" lesender Sensoren (19, 19′) durchsucht wird und, falls eine solche Grup­ pierung aufgefunden wird, das Binärwort derjenigen Gruppe (26, 26′) als das mit dem abzulesenden Code­ wort übereinstimmende Binärwort gilt, in der die "Einsen" der ungeradzahligen Gruppierung liegen, die unmittelbar an "Nullen" grenzen, und andern­ falls das Binärwort einer willkürlich festgelegten Gruppe (26, 26′) gültig ist.

2. Verfahren zum Ablesen eines binären Codewortes, das aus einer Anzahl von auf einem Codemarkenträger (11) in dessen Längsrichtung aufgebrachten Codemar­ ken (17) gebildet ist,
mittels eines Lesekopfes (12), der zwei Sensorgrup­ pen (26, 26′) aufweist, die unmittelbar aufeinand­ erfolgende Codemarken an zwei in Längsrichtung des Codemarkenträgers (11) gegeneinander um eine halbe Codemarkenlänge versetzten Stellen aufnehmen, wobei eine "Null" bedeutende Codemarke (17) wenigstens einen Sensor (19) einer der beiden Gruppen (26, 26′), höchstens aber zwei Sensoren (19, 19′) auf "Null" steuert, die keiner gemeinsamen Gruppe ange­ hören, so daß die Sensoren (19, 19′) der Gruppen (26, 26′) unabhängig voneinander jeweils ein Binär­ wort abgeben, von denen wenigstens eines mit dem abzulesenden Codewort übereinstimmt,
wobei zur Bestimmung des mit dem Codewort überein­ stimmenden Binärwortes die fortlaufende Folge ein­ ander abwechselnder Sensoren nach einer ungeradzah­ ligen Gruppierung "Null" lesender Sensoren (19, 19′) durchsucht wird und, falls eine solche Grup­ pierung aufgefunden wird, das Binärwort derjenigen Gruppe (26, 26′) als das mit dem abzulesenden Code­ wort übereinstimmende Binärwort gilt, in der die "Nullen" der ungeradzahligen Gruppierung liegen, die unmittelbar an "Einsen" grenzen, und andern­ falls das Binärwort einer willkürlich festgelegten Gruppe (26, 26′) gültig ist.

3. Positionsmeßeinrichtung (1) mit einem Codemarken­ träger (11), auf den entlang seiner Längsrichtung binäre Codemarken (17) in einer Pseudo-Random-Folge aufgebracht sind, wobei jeweils m aufeinanderfol­ gende Codemarken (17) ein Codewort bilden und die Pseudo-Random-Folge derart gewählt ist, daß ein be­ liebig herausgegriffenes Codewort jeweils nur ein­ mal auf dem Codemarkenträger (11) erscheint,
mit einem Lesekopf (12), der genau eine erste und eine zweite Gruppe (26, 26′) von Sensoren (19) auf­ weist, die fortlaufend in der Längsrichtung des Codemarkenträgers (11) angeordnet sind, wobei die Sensoren (19) der beiden Gruppen (26, 26′) derart ineinander verschachtelt sind, daß keinem Sensor der einen Gruppe (26, 26′) Sensoren der gleichen Gruppe (26, 26′) unmittelbar benachbart sind, und innerhalb jeder Gruppe (26, 26′) der Mittenabstand der Sichtfelder (23) benachbarter Sensoren (19) gleich der Länge der Codemarke (17) gemessen in Längsrichtung des Codemarkenträgers (11) ist, sowie
mit einer an die Sensoren (19) angeschlossenen Aus­ werteschaltung (14) zum Auswählen derjenigen Gruppe (26, 26′), deren Sensoren (19) unmittelbar aufein­ anderfolgende Codemarken (17) lesen, und die Gruppe (26, 26′) ausschließt, bei der zwei benachbarte Sensoren (19) derselben Gruppe (26, 26′) entweder dieselbe Codemarke (17) oder zwei nichtbenachbarte Codemarken (17) lesen.

4. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe (26, 26′) jeweils m Sensoren (19) zum Ablesen des jeweiligen Binärwor­ tes aufweist.

5. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Sensoren (19) die gleiche Empfindlichkeitscharakteristik aufweisen.

6. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 4 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Sensor (19) nur dann eine Codemarke (17) mit dem Binärwert "Eins" liest, wenn die betreffende Codemarke (17) mehr als die Hälfte des Sichtfeldes des Sensors (19) über­ deckt.

7. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Sensoren (19) auf einer zu der Längsrichtung des Codemarkenträgers (11) paral­ lelen Linie angeordnet sind.

8. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (19) Lichtschran­ ken sind, deren Sichtfeld (23) genau halb so groß oder kleiner als halb so groß ist, wie eine Code­ marke (17).

9. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (14) eine Positionserkennungsschaltung beinhaltet, die dem ermittelten Binärwort einen gegenüber einem Bezugs­ ort gemessenen Abstand zuordnet.

10. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung (14) die fortlaufende Folge der einander abwechselnden Sensoren (19, 19′) beider Gruppen (26, 26′) nach einer zusammenhängen­ den Gruppierung durchsucht, in der sich eine unge­ radzahlige Anzahl von "Eins" lesenden Sensoren (19, 19′) befindet und, falls eine solche Gruppierung aufgefunden worden ist, das Binärwort der Codeer­ kennungsschaltung (14) zuführt, dessen zu der Grup­ pierung gehorige "Einsen" unmittelbar "Nullen" be­ nachbart sind, und
daß die Auswerteschaltung (14) ansonsten ein will­ kürlich ausgewähltes der gelesenen Binärworte der Positionserkennung zugrunde legt.

11. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 4 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Sensor (19) nur dann eine Codemarke (17) mit dem Binärwert "Null" liest, wenn die betreffende Codemarke (17) mehr als die Hälfte des Sichtfeldes des Sensors (19) über­ deckt.

12. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung (14) die fortlaufende Folge der einander abwechselnden Sensoren (19, 19′) beider Gruppen (26, 26′) nach einer zusammenhängen­ den Gruppierung durchsucht, in der sich eine unge­ radzahlige Anzahl von "Null" lesenden Sensoren (19, 19′) befindet und, falls eine solche Gruppierung aufgefunden worden ist, das Binärwort der Codeer­ kennungsschaltung (14) zuführt, dessen zu der Grup­ pierung gehörige "Nullen" unmittelbar "Einsen" be­ nachbart sind, und
daß die Auswerteschaltung (14) ansonsten ein will­ kürlich ausgewähltes der gelesenen Binärworte der Positionserkennung zugrunde legt.

13. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (19) der ersten Gruppe (26) und die Sensoren (19′) der zweiten Gruppe (26′) bzw. deren Sichtfelder auf zueinander parallelen Linien liegen.

14. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen Li­ nien, auf denen die Sensoren (19, 19′) der beiden Gruppen (26, 26′) bzw. deren Sichtfelder liegen, im wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des Co­ demarkenträgers (11) liegen und in dessen Querrich­ tung voneinander beabstandet sind.

15. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsausdehnung des Sicht­ feldes jedes Sensors (19, 19′) höchstens so groß wie die Längsausdehnung einer einzelnen Codemarke (17) ist.

16. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (19) der Gruppe (26) bzw. deren Sichtfelder gegen die Sensoren (19′) der Gruppe (26′) bzw. deren Sichtfelder in Längsrichtung des Codemarkenträgers (11) um die Hälfte der Längsausdehnung einer einzelnen Codemar­ ke (17) versetzt angeordnet sind.

17. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codeträger (11) zusam­ menhängende Bereiche von "Nullen" um einen Unter­ schiedsbetrag (A) verlängert und zusammenhängende Bereiche von "Einsen" um den Unterschiedsbetrag (A) verkürzt sind, wenn die "Nullen" die bevorzugten Binärwerte sind.

18. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Codeträger (11) zusam­ menhängende Bereiche von "Nullen" um einen Unter­ schiedsbetrag (A) verkürzt und zusammenhängende Bereiche von "Einsen" um den Unterschiedsbetrag (A) verlängert sind, wenn die "Einsen" die bevorzugten Binärwerte sind.