DE4314636C2 - Längengebervorrichtung zur Positionsbestimmung einer Abtasteinrichtung an einem Kabel und Verfahren zu einer derartigen Positionsbestimmung - Google Patents
Längengebervorrichtung zur Positionsbestimmung einer Abtasteinrichtung an einem Kabel und Verfahren zu einer derartigen PositionsbestimmungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einem Kabel
und einer Abtasteinrichtung, die in Kabellängsrichtung
relativ zueinander bewegbar sind, bestehende Längenge
bervorrichtung zur Positionsbestimmung der Abtastein
richtung an dem Kabel, wobei das Kabel magnetisch
und/oder optisch kodierte Längsabschnitte aufweist,
die durch als Marken ausgebildete Bereiche konstanter
Länge und gleicher Kennung getrennt sind, und die Abtasteinrichtung
Sensorelemente zum Detektieren der
Längsabschnitte des Kabels besitzt. Ferner betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position
der Abtasteinrichtung an dem Kabel.
Eine Längengebervorrichtung dieser Art sowie ein Ver
fahren zur Bestimmung der Position der Abtasteinrich
tung an einem Kabel sind aus der EP 0 484 536 bekannt.
Derartige Längengebervorrichtungen werden vorwiegend
in industriellen Anlagen zum genauen Positionieren von
Werkzeugen, Maschinen oder dergleichen eingesetzt. Dabei
sind in Kabellängserstreckung magnetische Längsabschnitte
jeweils konstanter Länge und alternierenden
Magnetflusses vorgesehen, wobei ein mit magnetischen
Sensoren ausgerüstete Abtasteinrichtung parallel zum
Kabel verfahrbar angeordnet ist und das Kabel und/oder
die Abtasteinrichtung zueinander parallel verschiebbar
angeordnet sind.
Zur Positionsbestimmung wird die Abtasteinrichtung
ausgehend vom Kabelursprung parallel verschoben, wobei
die Übergänge zwischen aufeinanderfolgenden Längsab
schnitten durch die Sensoren erfaßt und gezählt wer
den. Durch dieses inkrementale Zählverfahren läßt sich
die relative Position des Abtasteinrichtung bezüglich
des Kabelursprungs ermitteln. Beim Abschalten der Längengebervorrichtung
verliert jedoch die Abtasteinrichtung
ihr Gedächtnis bezüglich der letzten Position, so
daß bei erneutem Anschalten ein Rückstellen der Abtasteinrichtung
zur Ursprungsposition des Kabels erforderlich
ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Längengebervorrichtung sowie ein Verfahren zur Bestim
mung der Position der Abtasteinrichtung an dem Kabel
zu schaffen, bei dem auch bei unbeabsichtigtem Ab
schalten und Wiederanschalten der Vorrichtung bei
spielsweise nach einem Stromausfall, die der momen
tanen Position der Abtasteinrichtung entsprechende Po
sitionsinformation nicht verlorengeht. Insbesondere
soll ein Rückführen oder auch ein Start der Abtastein
richtung an der Nullposition des Kabels nicht zwingend
erforderlich sein.
Die Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht
dadurch gelöst, daß die Länge der Marken kleiner als
die der Längenabschnitte ist und jeder Längenabschnitt
eine unterschiedliche digitale Kennung aufweist, daß
die Abtasteinrichtung eine der Wortbreite der digitalen
Kennung der jeweiligen Längsabschnitte entsprechende
oder größere Zahl von Sensorelementen aufweist,
die in einem der gewünschten Auflösung etwa entsprechenden
periodischen Abstand, der kleiner als die
Länge der Marken ist, voneinander angeordnet und als
lineare Kette ausgebildet sind, und daß die Kette etwa
parallel zur Längserstreckung des abzutastenden Kabelabschnittes
angeordnet ist.
Somit hat jeder Längsabschnitt des Kabels einen ihn
spezifizierenden Digitalcode, dessen Wortanfang und
Wortende durch die jeweilig angrenzenden Marken defi
niert sind. Die Abtasteinrichtung kann deshalb bei ei
ner der Wortbreite des Digitalcodes entsprechenden An
ordnung der Sensorelemente diesen Code aufnehmen. Da
durch kann in praktisch beliebiger Parallel-Verschie
bestellung der Abtasteinrichtung relativ zum Kabelur
sprung die an der Abtasteinrichtung anliegende Adresse
eines Längsabschnittes und somit dessen Position be
stimmt werden.
Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht da
rin, daß die digitale Kennung der Längsabschnitte mag
netisch ist und die zwischen den Längsabschnitten lie
genden Marken unmagnetisch oder unmagnetisiert sind
und daß als Sensorelemente der Abtasteinrichtung mag
netische Sensorelemente vorgesehen sind.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung kann darin be
stehen, daß die Längsabschnitte mit einer optischen
Kennung versehen sind, daß die Marken einen von der
jeweiligen optischen Kennung der Längsabschnitte un
terschiedlichen und konstanten optischen Informations
pegel aufweisen und daß als Sensorelemente optische
Sensorelemente vorgesehen sind.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die
Längsabschnitte konstante Blocklänge auf und die digi
tale Kennung liegt in binärer Darstellung konstanter
Wortbreite vor. Dabei besteht die Kennung der jeweili
gen Längsabschnitte aus Querstreifen oder Bereichen,
wobei bei magnetischer Kennung der magnetische Fluß
oder bei optischer Kennung die optische Reflektivität
jedes Querstreifens bzw. Bereichs einen von zwei ver
schiedenen Werten annimmt. Somit kann die digitale
Kennung eines magnetischen Längsabschnittes auf ein
fache Weise durch in Nord- oder Südpolrichtung magne
tisierte Querstreifen realisiert sein.
Auch bei der dazu analogen optischen Kennung sind die
jeweiligen Längsabschnitte aus Querstreifen oder Be
reichen gebildet, wobei die zwei Werte der optischen
Reflektivität durch jeweils schwarze oder weiße Quer
streifen realisiert sein können, wogegen die Marken
eine einheitliche Graustufe aufweisen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Abtast
einrichtung über eine Stelleinrichtung parallel zu der
Längserstreckung des abzutastenden Kabelabschnittes
nachjustierbar oder nachführbar ist, bis eine an den
auszulesenden Längsabschnitt angrenzende Marke von den
Sensorelementen unterscheidbar ist. Dies kann dann der
Fall sein, wenn der Sensorelementabstand und damit die
Auflösung nicht kleiner als die Markenlänge ist.
Die Aufgabe wird in verfahrenstechnischer Hinsicht da
durch gelöst, daß in einem Ausleseschritt die an der
Abtasteinrichtung anliegenden Kennungen des auszule
senden Kabelabschnittes in die Sensorelemente der Ab
tasteinrichtung parallel und gleichzeitig übertragen
werden, wobei die Kennung wenigstens eines Längsab
schnittes und einer daran angrenzenden Marke oder we
nigstens zweier Teillängsabschnitte mit einer dazwi
schenliegenden Marke übertragen wird, und daß in einem
Auswerteschritt die parallel übertragene Kennung den
Sensorelementen entnommen wird, zur Ermittlung einer
Sequenz des Längsabschnittes entsprechenden Blocknum
mer digital dekodiert wird, wobei zur Ermittlung einer
Referenzposition zumindest ein der Marke entspre
chendes Sensorelement ermittelt wird, und daß unter
Berücksichtigung der Parameter Blocklänge, Marken
länge, Elementabstand, der entsprechenden Blocknummer
sowie des als Referenzposition dienenden Sensorelemen
tes die Position des abgetasteten Längsabschnittes
bezüglich des Kabelanfangs bestimmt wird.
Im Gegensatz zu dem sequentiellen bzw. inkrementalen
Verfahren nach dem Stande der Technik werden die Daten
der jeweiligen Kennung eines Längsabschnittes parallel
und gleichzeitig von der Abtasteinrichtung aufgenom
men. Dadurch läßt sich mittels eines einzigen Lesevor
ganges eines Kabelabschnittes der entsprechende Längs
abschnitt identifizieren.
Anhand der beigefügten Zeichnung soll nachstehend eine
Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. In
schematischen Ansichten zeigen:
Fig. 1 ein Kabel einer Längengebervorrichtung mit
einem magnetisch kodierten Längsabschnitt,
dessen aus einer Sequenz von magnetischen
Nord- oder Südpolen bestehende Kennung ein
magnetisches Bitmuster zeigt,
Fig. 2 die aus dem Kabel und einer Abtasteinrichtung
bestehende Längengebervorrichtung, wobei an
der Abtasteinrichtung Sensorelemente zur De
tektion des magnetischen Bitmusters an dem
Kabel vorgesehen sind und die Abtastein
richtung mit einer Stelleinrichtung zu ihrer
Längsverstellung und einer Elektronikeinheit
in elektrischer Verbindung steht, sowie
Fig. 3 die Abtasteinrichtung in teilweise geschnit
tener Längsansicht mit einem zwischen einer
integrierten Führungsschiene und einer Sensor
kette verlaufenden Kabel.
Bei dem nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung
erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt
es sich um eine aus einem magnetisch kodierten Kabel
und einer Abtasteinrichtung bestehende Längengebervor
richtung zur Positionsbestimmung der Abtasteinrichtung
an dem Kabel.
Das in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Kabel - dabei kann es
sich auch um ein Band beliebigen Querschnitts handeln
- weist in Richtung seiner Längserstreckung abwech
selnd als Marken 11 dienende unmagnetische Bereiche
und magnetische Längsabschnitte 12 auf. Die magneti
schen Längsabschnitte 12 umfassen jeweils Segmente
oder Querstreifen 13, die entweder in Nord- oder Süd
polrichtung 13′, 13′′ des magnetischen Flusses magne
tisiert sind und entsprechend der Sequenz der ein
zelnen Segmente 13 ein magnetisches Bitmuster bilden.
Jeder Längsabschnitt 12 hat ein individuelles Bitmu
ster und somit eine spezifische Kennung, die seiner
Lage bzw. Sequenz bezüglich der anderen Längsabschnit
te 12 entspricht. Zur Festlegung der jeweiligen Start-
bzw. Stopbits entsprechend dem Wortanfang und dem
Wortende einer Kennung dienen die an einen Längsab
schnitt 12 angrenzenden Marken 11.
Fig. 2 zeigt in einer Schemadarstellung die im Ganzen
mit 1 bezeichnete Längengebervorrichtung. Dabei sind
eine Abtasteinrichtung 20 und ein Abschnitt des Kabels
10 relativ zueinander verschiebbar und auf der dem Ka
bel 10 zugewandten Anlageseite 21 der Abtasteinrich
tung 20 magnetische Sensorelemente 22 vorgesehen. Die
Sensorelemente 22 sind als lineare Kette angeordnet,
wobei die Zahl der Sensorelemente 22 der Wortbreite
der digitalen Kennung der jeweiligen Längsabschnit
te 12 entspricht. Um eine genügende Auflösung zu er
zielen, ist der Elementabstand A der einzelnen Sensor
elemente 22 konstant und nicht größer als die Länge
eines Segmentes 13, welches einem Bit entspricht.
Da die Aufnahme einer der jeweiligen Marke entspre
chenden Information zur Bestimmung der signifikanten
Bits einer Kennung erforderlich ist, ist der Element
abstand A kleiner als die Länge der jeweiligen Mar
ke 11. Dazu ist es erforderlich, daß sich die Informa
tion der Marke 11 gegenüber der Information eines
Längsabschnittes 12 signifikant unterscheidet. Die
Kennung eines Längsabschnittes 12 ist in Abhängigkeit
von dessen Längserstreckung durch einen digitalen Ver
lauf charakterisiert, welcher je nach magnetischer
Flußrichtung aufeinander folgender Segmente 13 Werte
annimmt, die entweder +1 oder -1 betragen, also
einer Magnetisierung in Nord- oder Südpolrichtung ent
sprechen. Dagegen ist die Information der Marken durch
einen konstanten Informationspegel charakterisiert,
welcher einem magnetischen Fluß von Null entspricht.
Die Kennungen verschiedener an der Sensorkette anlie
genden Längsabschnitte 12 sind somit durch die Sensor
elemente 22 unterscheidbar.
Werden als Sensorelemente Hallsonden eingesetzt, so
sind die statischen Magnetfelder der einzelnen Seg
mente 13 detektierbar. In diesem Falle bilden die ein
zelnen Segmente 13 das Bitmuster der Kennung, so daß
ein High-Zustand einem magnetischen Nordpol und ein
Low-Zustand einem Südpol entspricht. Diese Methode hat
den Vorteil, daß die magnetische Information eines
Längsabschnittes 12 in Ruhestellung von Kabel 10 und
Abtastvorrichtung 20 lesbar ist.
Im Ausführungsbeispiel spricht ein Sensorelement 22
an, wenn ein Segmentübergang von Nord nach Süd oder
umgekehrt erfolgt. Ein Segmentübergang ist mit einer
zeitlichen Änderung des Magnetfeldes am Ort des jewei
ligen Sensorelementes 22 verbunden. Zum Nachweis die
ser Magnetfeldänderung geeignete Sensorelemente sind
beispielsweise Induktionsaufnehmer oder Hallsonden.
Bei einer derartigen Meßkonfiguration der Längengeber
vorrichtung 1 kann die Abtasteinrichtung 20 zur Längs
verstellung in Erstreckungsrichtung des Kabels 10
durch eine Stelleinrichtung 23 nachgeführt werden, bis
eine an einem Längsabschnitt 12 angrenzende Marke 11
von den Sensorelementen 22 erfaßbar ist. Dazu ist die
Stelleinrichtung 23 mit der Abtasteinrichtung 20 elek
trisch wirkverbunden. Gesteuert wird diese Stellein
richtung 23 durch eine mit ihr verbundene Elektronik
einheit 24, die auch zur Aufnahme der Meßwerte der Ab
tasteinrichtung 20 dient.
Zur Positionsbestimmung der Abtasteinrichtung 20 an
dem Kabel 10 wird in einem Ausleseschritt das an der
Abtasteinrichtung 20 anliegende Bitmuster des auszu
lesenden Kabelabschnitts 10′ in die einzelnen Sensor
elemente 22 parallel und gleichzeitig übertragen. Zur
vollständigen Erfassung der Kennung ist es erforder
lich, daß der auszulesende Kabelabschnitt 10′ wenig
stens einen Längsabschnitt 12 und eine daran angren
zende Marke oder wenigstens zwei Teillängsabschnit
te 12 mit einer dazwischenliegenden Marke 11 umfaßt.
In einem daran anschließenden Auswerteschritt ist es
dann möglich, das entsprechende Bitmuster den einzel
nen Sensorelementen 22 zu entnehmen und zur Ermittlung
der Lage- bzw. der Sequenz des abzutastenden Längsab
schnittes 12 digital zu dekodieren.
Einerseits zur Festlegung einer Referenzposition der
Abtasteinrichtung 20 und andererseits zur Bestimmung
der sog. MSB (most significant bit) bzw. LSB (least
significant bit) -Bits wird dasjenige Sensorelement 22
abgefragt, welches der jeweiligen Marke 11 gegenüber
liegt. Im Ausführungsbeispiel ist es dasjenige Sensor
element 22, welches keine magnetische Signalinforma
tion empfängt. Ist die Länge der Marken 11 größer als
der Elementabstand A der Sensorkette 22, so können
auch mehrere nebeneinander liegende Sensorelemente 22
einer Marke 11 gegenüberliegen.
Die Auswertung zur Bestimmung der Position der Abtast
einrichtung 20 erfolgt unter Berücksichtigung der Pa
rameter Blocklänge, Blockabstand, Markenlänge, Sensor
elementabstand, Referenzsensorelement sowie der ent
sprechenden Blocknummer, wobei im Ausführungsbeispiel
die jeweils gemessenen Parameter durch die digital
dekodierte Blocknummer und die Referenzposition des
Sensorelementes 22 gegeben und die konstanten Parame
ter Blocklänge, Markenlänge, Sensorelementabstand
wegen ihrer Konstanz in der Elektronikeinheit 24
gespeichert sind. Die Funktion der Elektronikein
heit 24 kann beispielsweise durch einen Mikrocontrol
ler erfüllt sein.
Fig. 3 zeigt eine konkrete Ausgestaltung der Abtast
einrichtung 20, bei der an einem die Sensorelemente 22
in Form einer Linearkette aufnehmenden Gehäuses 25 auf
gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 25 Seiten
schlitze vorgesehen sind, die zur Aufnahme bzw. Durch
führung des Kabels 10 dienen. Innerhalb des Gehäu
ses 25 befindet sich das Kabel 10 zwischen einer Füh
rungsschiene 26 und der parallel dazu beabstandeten
Sensorkette 22′. Die Sensorelemente 22 sind elektrisch
mit einer gehäuseaußenseitigen Buchse 27 verbunden. In
Kabellängserstreckung weist das Gehäuse 25 einen Fort
satz 28 auf, der der besseren Führung des Kabels 10
dient.
Claims (7)
1. Längengebervorrichtung zur Positionsbestimmung einer
Abtasteinrichtung an einem Kabel, wobei das Kabel magnetisch
und/oder optisch kodierte Längsabschnitte aufweist,
die durch als Marken ausgebildete Bereiche
konstanter Länge und gleicher Kennung getrennt sind,
und die Abtasteinrichtung Sensorelemente zum Detektieren
der Längsabschnitte des Kabels besitzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der
Marken (11) kleiner als die der Längsabschnitte (12)
ist, daß jeder Längsabschnitt (12) eine unterschied
liche digitale Kennung aufweist, daß die Abtastein
richtung (20) eine der Wortbreite der digitalen Ken
nung der jeweiligen Längsabschnitte (12) entsprechende
oder größere Zahl von Sensorelementen (22) aufweist,
die in einem der gewünschten Auflösung etwa entspre
chenden periodischen Abstand (A), der kleiner als die
Länge der Marken (11) ist, voneinander angeordnet und
als lineare Kette (22′) ausgebildet sind, und daß die
Kette (22′) etwa parallel zur Längserstreckung des
abzutastenden Kabelabschnittes (10′) angeordnet ist.
2. Längengebervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die digitale Kennung der Längsab
schnitte (12) magnetisch ist und die zwischen den
Längsabschnitten (12) liegenden Marken (11) unmag
netisch oder unmagnetisiert sind und daß als Sensor
elemente (22) der Abtasteinrichtung (20) magnetische
Sensorelemente vorgesehen sind.
3. Längengebervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Längsabschnitte (12) mit einer
optischen Kennung versehen sind, daß die Marken (11)
einen von der jeweiligen optischen Kennung der Längs
abschnitte (12) unterschiedlichen und konstanten opti
schen Informationspegel aufweisen und daß als Sensor
elemente (22) optische Sensorelemente vorgesehen sind.
4. Längengebervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Längsabschnitte (12)
konstante Blocklänge aufweisen und die digitale Ken
nung in binärer Darstellung konstanter Wortbreite vor
liegt.
5. Längengebervorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Kennung der jeweiligen
Längsabschnitte (12) aus Querstreifen oder Bereichen
(13) besteht, wobei bei magnetischer Kennung der mag
netische Fluß oder bei optischer Kennung die optische
Reflektivität jedes Querstreifens bzw. Bereichs (13)
einen von zwei verschiedenen Werten annimmt.
6. Längengebervorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrich
tung (20) über eine Stelleinrichtung (23) parallel zu
der Längserstreckung des abzutastenden Kabelabschnit
tes (10′) nachjustierbar oder nachführbar ist.
7. Verfahren zur Bestimmung der Position der Abtast
einrichtung an dem Kabel bei der Längengebervorrich
tung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß in einem Ausleseschritt die an der Ab
tasteinrichtung (20) anliegenden Kennungen des auszu
lesenden Kabelabschnittes (10′) in die Sensorelemente
(22) der Abtastvorrichtung (20) parallel und gleich
zeitig übertragen werden, wobei die Kennung wenigstens
eines Längsabschnittes (12) und einer daran angrenzen
den Marke (11) oder wenigstens zweier Teillängsab
schnitte (12) mit einer dazwischen liegenden Marke
(11) übertragen wird, und daß in einem Auswerteschritt
die parallel übertragene Kennung den Sensorelementen
(22) entnommen wird, zur Ermittlung einer der Sequenz
des Längsabschnittes (12) entsprechenden Blocknummer
digital dekodiert wird, wobei zur Ermittlung einer Re
ferenzposition zumindest ein der Marke (11) entspre
chendes Sensorelement (22) ermittelt wird, und daß un
ter Berücksichtigung der Parameter Blocklänge, Marken
länge, Elementabstand (A), der entsprechenden Block
nummer sowie des als Referenzposition dienenden Sen
sorelementes (22) die Position des abgetasteten Längs
abschnittes (12) bezüglich des Kabelanfangs bestimmt
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934314636 DE4314636C2 (de) | 1993-05-04 | 1993-05-04 | Längengebervorrichtung zur Positionsbestimmung einer Abtasteinrichtung an einem Kabel und Verfahren zu einer derartigen Positionsbestimmung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934314636 DE4314636C2 (de) | 1993-05-04 | 1993-05-04 | Längengebervorrichtung zur Positionsbestimmung einer Abtasteinrichtung an einem Kabel und Verfahren zu einer derartigen Positionsbestimmung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4314636A1 DE4314636A1 (de) | 1994-11-17 |
DE4314636C2 true DE4314636C2 (de) | 1995-03-02 |
Family
ID=6487089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934314636 Expired - Fee Related DE4314636C2 (de) | 1993-05-04 | 1993-05-04 | Längengebervorrichtung zur Positionsbestimmung einer Abtasteinrichtung an einem Kabel und Verfahren zu einer derartigen Positionsbestimmung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4314636C2 (de) |
Families Citing this family (3)
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DE102009015503B4 (de) * | 2009-04-02 | 2013-05-16 | Ibak Helmut Hunger Gmbh & Co. Kg | Rohrinspektionseinheit |
CN108871248B (zh) * | 2018-06-20 | 2019-09-20 | 华中科技大学 | 一种可应用于超大行程检测的绝对式位置检测装置 |
Family Cites Families (1)
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KR950013780B1 (ko) * | 1990-05-22 | 1995-11-16 | 후루까와 뗀끼 고요교오 가부시끼가이샤 | 이동하고 있는 길다란 물건의 길이를 측정하는 장치 및 그 방법 |
-
1993
- 1993-05-04 DE DE19934314636 patent/DE4314636C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE4314636A1 (de) | 1994-11-17 |
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