DE4344494A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung einer Achsdrehbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermes­ sung einer Achs-Drehbewegung, wobei verfahrensmäßig durch eine induk­ tive Abtastung eines auf einer Magnetscheibe radial aufgebrachten magne­ tischen Musters in einem Detektierkopf Spannungsimpulse erzeugt werden, die dem magnetischen Muster zugeordnet und zur Bestimmung der Achs- Drehgeschwindigkeit verwendet werden.

Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus der EP 0 048 983 bekannt, bei der zur Ermittlung der Rotationsgeschwindigkeit sowie des Phasenwinkels von rotierenden Körpern eine Detektorvorrichtung verwendet wird, die aus einem magnetischen Aufzeichnungsträger besteht, der an dem zu vermessenden Körper angebracht ist und kreisrunde mit N- und S-Magnetpolen versehene Laufbahnen aufweist. Diese können auch, wie in der EP 0 048 938 angegeben, als dünne Schichten ausgebildet sein. Zur Detektierung werden entweder starre befestigte Spulen oder magneti­ sche Widerstandelemente verwendet, die in einer zur Laufbahn unveränder­ lichen Bezugsposition angeordnet sind.

Ebenfalls ist aus der EP 0 474 362 ein Tachometer bekannt, der zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit eines rotierenden Teils zwei Enco­ der aufweist, die ortsfest um den Schaft des zu messenden Drehteils angeordnet sind und Impulse unterschiedlicher Auflösung entsprechend der Umdrehung des Schafts liefern.

Die SU-PS 758176 beschreibt eine gesteuerte Verzögerungseinheit, bei der stabile Impulse mit einer festen Frequenz auf einer Magnet-Disk aufge­ bracht wurden, die abgetastet und in eine entsprechend proportionale Spannung umgewandelt wird. Damit können Geschwindigkeitsabweichungen ermittelt werden, welche zur Regelung des Abstandes eines Wiedergabe­ kopfes zur Disk entlang einer Führung verwendet werden.

Aus der DE-OS 31 15 670 ist ein Verfahren bekannt, die Winkellage von Magnetköpfen zu einem Aufzeichnungsband zu bestimmen. Dazu weist eine Kopfradscheibe neben den Magnetköpfen zwei rotierende Permanentmagnete auf, die während der Rotation in einer stationären und außerhalb des Kopfes angeordneten Spule Impulse wechselnder Polarität erzeugen. Die Impulse dienen der Ermittlung der jeweiligen Stellung und Geschwindigkeit der Kopfradscheibe.

Die genannten Vorrichtungen besitzen den Nachteil, daß die Meßgenauig­ keit zur Ermittlung der Drehgeschwindigkeit oder Winkelposition des Dreh­ teils infolge ihres Aufbaus fest vorgegeben und nicht zu verändern ist. Einerseits ist für eine hochgenaue Geschwindigkeitsbestimmung somit ein großer Apparateaufwand notwendig, wie beispielsweise in der EP 0 474 362 angegeben, andererseits ist für eine Messung mit geringerer Auflösung dieser Aufwand nicht erforderlich.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die in einfacher Weise eine Bestimmung der Drehgeschwindigkeit und der Winkelposition eines Drehteils mit einer wählbaren Meßauflösung ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf eine mit einer zu vermessenden Achse gekoppelten Magnetscheibe mindestens ein magneti­ sches Muster mittels eines Schreib- und Lesekopfes in einer wesentlich frei vorgebbaren Aufzeichnungsdichte radial aufgebracht wird, welches anschließend bei stillstehender Magnetscheibe mit einer konstanten Dreh­ geschwindigkeit des Schreib- und Lesekopfes induktiv abgetastet wird. Aus den im Schreib- und Lesekopf induzierten Spannungsimpulsen erfolgt mit Hilfe elektronischer Mittel die Berechnung der Umdrehungsgeschwin­ digkeit des Kopfes. Nachfolgend wird das magnetische Muster bei rotieren­ der Magnetscheibe mit der zuvor verwendeten konstanten Schreib- und Lesekopfgeschwindigkeit induktiv abgetastet, wobei aus der Überlagerung der induzierten Spannungsimpulse mit Hilfe elektronischer Mittel die Achs­ drehgeschwindigkeit und der Drehwinkel bestimmt werden.

Geschwindigkeitsänderungen der Magnetscheibe und damit der Drehbewe­ gung der zu vermessenden Achse sind somit direkt proportional zur Impulsfrequenzänderung. Durch eine andere Informationsdichte des magne­ tischen Musters ist in einfacher Weise auch eine Veränderung der Meßauf­ lösung und damit eine Anpassung an entsprechende Meßanforderungen möglich.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden mehrere magneti­ sche Muster mit unterschiedlichen Informationsdichten mittels den Mustern zugeordneten Schreib- und Leseköpfen radial auf die Magnetscheibe aufge­ bracht, so daß verschiedene Meßauflösungen vorteilhaft auch ohne Neu­ magnetisierung realisiert werden.

Zur Durchführung des Verfahrens dient ein programmierbarer Encoder, der eine mit mehreren konzentrischen Magnetspuren versehene Magnet­ scheibe aufweist, die mit Hilfe einer Kupplung mit der zu vermessenden Achse verbunden ist. Jeder Magnetspur der Magnetscheibe ist zur induk­ tiven Abtastung des magnetischen Musters in einem festen Abstand ein Schreib- und Lesekopf zugeordnet. Mittels eines Motors werden diese über eine gemeinsame Welle angetrieben, auf der zur Bestimmung der Drehge­ schwindigkeit ein Encoder angeordnet ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus einem anhand der Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Encoder zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 den Signalfluß der vom Encoder erzeugten Signale.

Der nach Fig. 1 zur Durchführung des Verfahrens dargestellte Encoder wird aus einem Gehäuse 1 gebildet, in dessen Inneren eine dünne mit Magnetspuren 4a und 4b versehene Magnetscheibe 4 an einer Welle 2 befe­ stigt ist, welche mittels einer Kupplung 3 an die zu vermessende Achse angeschlossen wird. Den Magnetspuren 4a und 4b der Scheibe 4 sind in einem definierten Abstand 10 jeweils ein Schreib- und Lesekopf 5a und 5b zur Aufbringung und Detektierung eines magnetischen Musters in den Magnetspuren 4a und 4b zugeordnet. Zur Gewährleistung eines ausgewuch­ teten Rundlaufes der Halteplatte mit den darauf angeordneten Schreib- und Leseköpfen 5a und 5b sind Ausgleichsgewichte 6a und 6b vorgesehen.

Eine in das Gehäuse 1 ragende Welle 11 wird mittels eines Motors 9 ange­ trieben, auf der ein optischer Encoder 8 zur Geschwindigkeitsmessung der Schreib- und Leseköpfe angeordnet ist. Der Encoder 8 beinhaltet eine Strichplatte, die in bekannter Weise mittels optischer Sende- und Empfän­ gerelemente abgetastet wird, wobei deren Abtastsignale zur Auswertung über einen Rechteckumformer 12a und Zähler 13a einer zentralen Rechen­ einheit 14 zugeführt werden. Ein auf der Welle 11 angeordneter Schleifer 7 dient zur Übertragung der in den Schreib- und Leseköpfen 5a und 5b induzierten Spannungsimpulse zu einem Rechteckumformer 12b, von dem die geformten Impulse über einen Zähler 13b der zentralen Recheneinheit 14 zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt beschrieben:
In einer oder in beiden Magnetspuren 4a und 4b der Magnetscheibe 4 wer­ den während einer Drehbewegung mittels der Schreib- und Leseköpfe 5a und 5b magnetische Muster aufgebracht, die zueinander eine unterschied­ liche Informationsdichte besitzen, welche im wesentlichen nur durch die Materialeigenschaft der Magnetplatte 4 begrenzt wird. Die Impulsfrequenz der Spannungssignale zum Aufbringen der magnetischen Muster in den Spuren 4a und 4b, und damit deren Informationsdichte, wird an der Recheneinheit 14 vorgegeben und an die Schreibköpfe 5a und 5b übermit­ telt. Nach Abschluß der Magnetisierung versetzt der Servomotor 9 die Hal­ teplatte mit den dort angeordneten Schreib- und Leseköpfen 5a und 5b in eine vorgegebene und über die Motorspannung regelbare konstante Dreh­ bewegung, die durch den optischen Encoder 8 erfaßt wird. Bei stillste­ hender Magnetscheibe 4 erfolgt somit die Induzierung von Spannungsim­ pulsen in den Schreib- und Leseköpfen 5a und 5b entsprechend der Infor­ mationsdichte der magnetischen Muster in den Spuren 4a bzw. 4b. Über den Schleifer 7 werden diese Impulsspannungen abgenommen und mittels des Rechteckwandlers 12b in TTL-Rechteckimpulse umgewandelt, die vom Zähler 13b ausgezählt werden. Diese Signale sowie die analog über den optischen Encoder 8, den Rechteckwandler 12a und den Zähler 13a erzeug­ ten Signale werden der zentralen Recheneinheit 14 zugeführt und dort mit einem Schwellenwert verglichen, der einer vorgegebenen Geschwindigkeit der Schreib- und Leseköpfe 5a und 5b entspricht. Besteht zwischen dem Ist-Geschwindigkeitswert und dem Soll-Geschwindigkeitswert eine Diffe­ renz, wird durch die zentrale Recheneinheit 14 ein Stellsignal gebildet, welches über eine Regeleinheit 15 die Motorspannung des Servomotors 9 entsprechend verändert. Zur Unterstützung der Konstanthaltung der Geschwindigkeit hat die Halteplatte mit den darauf angeordneten Schreib- und Leseköpfen 5a und 5b eine hohe Massenträgheit.

Zur Bestimmung der Achsdrehgeschwindigkeit und des Drehwinkels wird das Meßobjekt über die Kupplung 3 mit dem Encoder verbunden und in die zu bestimmende Geschwindigkeit versetzt. In den Schreib- und Leseköpfen 5a und 5b wird dadurch eine zusätzliche Spannung induziert, die sich mit der beschriebenen überlagert und zur Auswertung über den Schleifer 7, Umformer 12a und Zähler 13a der zentralen Recheneinheit 14 zugeführt wird. Die Impulsfrequenz ist somit über die Informationsdichten der magnetischen Muster direkt proportional zur Geschwindigkeit, die entspre­ chend angezeigt werden kann. Der Drehwinkel kann aus den Impulszahlen pro 360 Winkelgrade, die von der Magnetscheibe 4 und des Encoders 8 vorgegeben werden, in bekannter Weise mittels der Zähler 13a, 13b und der Recheneinheit 14 berechnet werden.

Durch die Auswertung mehrerer magnetischer Muster mit unterschiedlichen Informationsdichten ist somit eine dem jeweiligen Meßproblem angepaßte Wahl der Meßauflösung möglich. Zur Erkennung der Drehrichtung der Achsdrehbewegung ist es möglich, eine der Magnetspuren 4a oder 4b als Auswertespur mit einer in der Phase asymmetrisch versetzten Kodierung gegenüber der Abtastspur zu verwenden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Vermessung einer Achsdrehbewegung, bei dem durch eine induktive Abtastung eines auf einer Magnetscheibe radial aufge­ brachten magnetischen Musters in einem Detektierkopf Spannungs­ impulse erzeugt werden, die dem magnetischen Muster zugeordnet und zur Bestimmung der Achs-Drehgeschwindigkeit verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein magnetisches Muster mittels eines Schreib- und Lesekopfes in einer frei vorgebbaren Auf­ zeichnungsdichte radial auf die mit der zu vermessenden Achse gekoppelte Magnetscheibe aufgebracht wird, daß anschließend bei stillstehender Magnetscheibe das magnetische Muster mit einer kon­ stanten Drehgeschwindigkeit des Schreib- und Lesekopfes induktiv abgetastet und aus den induzierten Spannungsimpulsen die Schreib- und Lesekopfgeschwindigkeit mit Hilfe elektronischer Mittel berechnet und gespeichert wird und daß nachfolgend zur Bestimmung der Achs­ drehgeschwindigkeit das magnetische Muster der rotierenden Magnet­ scheibe mit der zuvor bestehenden konstanten Schreib- und Lese­ kopfgeschwindigkeit induktiv abgetastet und aus der Überlagerung beider im Schreib- und Lesekopf induzierten Spannungsimpulse mit Hilfe elektronischer Mittel die Achs-Drehgeschwindigkeit und der Drehwinkel berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere magnetische Muster mit unterschiedlichen Informationsdichten mittels den Mustern zugeordneten Schreib- und Leseköpfen radial auf die Magnetscheibe aufgebracht werden.

3. Programmierbarer Encoder zur Vermessung einer Achs-Drehbewegung, bei dem eine mit mehreren konzentrischen Magnetspuren (4a, 4b) versehene Magnetscheibe (4) mittels einer Kupplung (3) an einer zu vermessenden Achse angebracht und deren Magnetspuren durch Detektierköpfe (4a, 4b) mit einem magnetischen Muster beschreibbar und induktiv derart abtastbar sind, daß in den Detektierköpfen (4a, 4b) erzeugbare Spannungsimpulse den magnetischen Mustern zuge­ ordnet und zur Bestimmung der Achsdrehgeschwindigkeit verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spur der Magnetscheibe (4) in einem festen Abstand (10) einem Schreib- und Lesekopf (5a, 5b) zugeordnet ist und daß die Schreib- und Leseköpfe (5a, 5b) mit­ tels eines Motors (9) über eine gemeinsame Welle (11) antreibbar sind, auf der zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit ein Encoder (8) angeordnet ist.

4. Programmierbarer Encoder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Encoder (8) als ein optischer Encoder ausgebildet ist.