DE4434928C2 - Positionssensorsystem und Verfahren zur Kalibrierung eines ortsfesten Positionssensors - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Positionssensorsystem zum Anordnen eines Wandlers relativ zu einer vorbestimmten Referenzposition, und auf ein Verfahren zur Kalibrierung eines ortsfesten Positionssensors für einen Wandler.

Elektromechanische Geräte, wie zum Beispiel Plattenantriebe und Bandantriebe, weisen oft einen beweglichen Wandler zur Datenaufzeichnung oder zum Lesen auf. Der Wandler kann ein magnetischer Aufzeichnungskopf, ein magnetischer Lesekopf, ein kombinierter magnetischer Aufzeichnungs- und Lesekopf oder im Fall von optischen Disketten ein optischer Sensor sein. Typischerweise ist die absolute Wandlerposition beim Einschalten unbekannt. Die Wandlerposition wird typischer­ weise durch Treiben des Wandlers an einen mechanischen An­ schlag oder durch Treiben des Wandlers an einen Schalter (mechanisch oder optisch) bestimmt. Das Treiben des Wandlers an einen mechanischen Anschlag erzeugt oft ein hörbares Ge­ räusch. Zusätzlich kann ein mechanischer Anschlag ein Ver­ klemmen des Positionsstellgliedmechanismusses des Wandlers oder andere Probleme, die mit einer mechanischen Spannung zusammenhängen, verursachen. Wenn ein Schalter verwendet wird, muß die Schalterauslöseposition genau bekannt sein. Typischerweise ist die Schalterauslöseposition entweder auf eine genaue Position mechanisch einstellbar, oder der Schal­ ter ist an einer festen Position mit einer absoluten Genau­ igkeit befestigt. Für Schalter, die direkt auf gedruckten Schaltungsplatinen befestigt sind, verändert sich die Schal­ terposition des Schalters aufgrund von Komponententoleranzen und Herstellungszusammenbautoleranzen im allgemeinen von An­ trieb zu Antrieb erheblich. Ein Wandlerpositionserfassungsy­ stem ist erforderlich, das eine genaue Position unabhängig von Komponenten und Herstellungszusammenbautoleranzen be­ reitstellen kann.

Die EP 0 563 452 A2 betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Bandkante, bei dem ein Auslösepunkt unabhängig von der Bandqualität des verwendeten Bandes sicher bestimmt werden kann. Während eines Kalibrierungsschrittes wird der 100%-ige Ausgabewert eines Wandlers beim Erfassen eines nominalen Bandes gespeichert, und während des Betriebes eines Geräts wird in einem ersten Schritt die Bandqualität erfaßt und abhängig von der erfaßten Bandqualität wird ein sogenannter Korrekturfaktor erzeugt, mittels dem die Auslöseposition korrigiert wird. Die Referenzposition und der Auslösepunkt, der durch ein Überschreiten eines Spannungsschwellenwertes durch den Wandler bestimmt ist, stimmen im wesentlichen überein. Beide liegen an der Kante des Bandes und sind nur geringfügig zueinander verschoben, wobei die Verschiebung durch den Korrekturwert veränderbar ist.

Die US-A-4,679,104 betrifft ein Verfahren zum Anordnen eines Magnetkopfes auf verschiedenen Spuren eines Magnetbandes. Das Verfahren arbeitet derart, daß zum Beginn eines Be­ triebes eines Geräts der Magnetkopf an eine Referenzposition gefahren wird, die mittels eines Referenzpositions-Emitters bestimmt ist. Bei einer Referenzposition kann es sich z. B. um eine äußere Kante des Magnetbandes handeln. Diese Re­ ferenzposition wird in einem Speicher abgelegt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Positionssensorsy­ stem und ein Verfahren zum Kalibrieren eines ortsfesten Po­ sitionssensors zu schaffen, das unabhängig von Komponenten- und Herstellungstoleranzen eine genaue Position bereit­ stellt.

Diese Aufgabe wird durch ein Positionssensorsystem nach An­ spruch 1 und ein Verfahren zur Kalibrierung eines Positions­ sensors nach Anspruch 5 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine technische Perspektivdarstellung eines beweg­ lichen Magnetkopfs mit einem Kopfpositionssensor;

Fig. 2 eine technische Draufsichtsdarstellung eines alter­ nativen Ausführungsbeispieles eines beweglichen Ma­ gnetkopfs mit einem Positionssensor; und

Fig. 3 ein technisches Blockdiagramm einer Kalibrierungs­ befestigung zum Messen der Kopfposition und zum Aufzeichnen einer Schaltposition.

Fig. 1 stellt einen Magnetkopf 100 mit einer gesteuerten Be­ wegung entlang einer Richtungsachse 102 dar. Ein relativ kleiner mechanischer Vorsprung 104 des Kopfes 100 bewegt sich zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger in einem optischen Sensor 106. Der optische Sensor 106 ist auf einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt, die einen Teil einer Antriebssteuerungsanordnung 108 ist. Die Antriebs­ steuerungsanordnung 108 schließt andere Komponenten, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor (nicht dargestellt), ein. Die Antriebssteuerungsanordnung steuert die Bewegung des Kopfes 100. Im allgemeinen muß für einen ordnungsgemäßen Betrieb irgendeines beweglichen Kopfantriebs der Kopf 100 fähig sein, entlang der Richtung 102 relativ zu einer mechanischen Referenzposition A 110 genau positioniert zu werden. Für einen Bandantrieb kann die mechanische Referenzposition A 110 zum Beispiel einer Bandkante entsprechen, die durch Kan­ tenführungen (nicht dargestellt) oder eine Referenzbahn, die auf einem Magnetband aufgezeichnet ist, bestimmt wird. Für einen Plattenantrieb kann die mechanische Referenzposition A 110 mit der äußeren Spur oder der inneren Spur eines Plat­ tenmediums ausgerichtet sein, oder durch diese definiert sein. Wenn der mechanische Vorsprung 104 am Schaltpunkt des Sensors 106 ist (d. h. das Sensorausgangssignal ändert sich von einem Sensorzustand in den entgegengesetzten Sensorzu­ stand), ist der Kopf 100 in Fig. 1 beim Punkt B 120 positio­ niert. Der Punkt B 120 kann sich irgendwo entlang der Achse 102 befinden, so lange die Position des Punkts B 120 relativ zum Punkt A 110 bekannt ist. Es ist für die Antriebssteue­ rungsanordnung 108 nicht notwendig, relativ zu dem mecha­ nischen Referenzpunkt A 110 genau angeordnet zu sein, oder für den optischen Sensor 106, relativ zu der Antriebssteue­ rungsanordnung 108 genau angeordnet zu sein. Die primäre An­ forderung besteht darin, daß der mechanische Vorsprung 104 den Sensor 106 an einem Punkt entlang des erlaubten Bereichs der Bewegung des Kopfes 100 entlang der Achse 102 schalten muß. Der mechanische Vorsprung 104 kann durch den Schalt­ punkt des Sensors 106 hindurchgehen.

Fig. 2 stellt einen Magnetkopf 200 dar, der am Ende eines relativ langen Hebelarms 202 befestigt ist, der eine ge­ steuerte Bewegung entlang der Richtungsachse 204 durchführt. Eine Rolle 206 ist auf einer Blattfeder befestigt, die mit einem mechanischen Schalter 210 verbunden ist. Der mechani­ sche Schalter 210 ist auf einer gedruckten Schaltungsplatine 212 befestigt. Die Anordnung kann entworfen sein, so daß entweder der Kopf 204 die Rolle 206 ablenkt, oder der Hebel­ arm 202 die Rolle 206 ablenkt. Wenn der Kopf 200 an einem Punkt B 216 innerhalb des zulässigen Bereichs der Bewegung des Kopfes 200 entlang der Achse 204 ist, wird der Schalter 210 in beiden Fällen ausgelöst, und der Kopf oder Hebelarm kann über den Auslösepunkt des Schalters hinweggehen. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb muß der Magnetkopf 200 fähig sein, entlang der Richtung 204 relativ zu einem mechanischen Referenzpunkt A 214 positioniert zu werden. Es ist für die gedruckte Schaltungsplatine 212 nicht notwendig, relativ zu dem mechanischen Referenzpunkt A 214 genau angeordnet zu sein, oder für den Schalter 210, relativ zu der gedruckten Schaltungsplatine 212 genau angeordnet zu sein.

Fig. 1 und 2 stellen zwei beispielhafte Ausführungsbeispiele von beweglichen Magnetköpfen mit Positionssensoren dar, die bezüglich eines Kopfstellgliedmechanismusses nur eine gerin­ ge oder keine mechanische Spannung aufweisen. Zusätzlich kann sich der Kopf bei den Ausführungsbeispielen, die in Fig. 1 und 2 dargestellt sind, durch oder hinter den Punkt bewegen, an dem der Sensor schaltet. Es kann jedoch von An­ trieb zu Antrieb eine Veränderung der Position des Kopfes am Schaltpunkt B relativ zur mechanischen Referenzposition A existieren. Fig. 3 stellt eine Testvorrichtung für die Her­ stellung dar, die den Schaltpunkt B für jeden einzelnen An­ trieb genau mißt und diese Position in einer elektronischen Komponente der Antriebssteuerung permanent speichert. Das bestimmte Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, ist für einen Bandantrieb mit einem Magnetkopf vorgesehen. Eine ähnliche Vorrichtung kann für jeden beweglichen Wandler verwendet werden, für den eine Initialisierungsprozedur er­ forderlich ist, um die Position zu bestimmen.

In Fig. 3 sind der Magnetkopf 100, der mechanische Vorsprung 104, der optische Sensor 106 und die Antriebssteuerungsan­ ordnung 108 wie in Fig. 1 dargestellt. Ein linearer Posi­ tionscodierer 300 mit einer beweglichen Sonde 302 mißt die Position des Kopfes 100 relativ zu dem geeigneten mechani­ schen Referenzpunkt A für den Antrieb (nicht dargestellt, aber im Folgenden beschrieben). Bei der bestimmten Testvor­ richtung, die in Fig. 3 dargestellt ist, läuft der bewegli­ che Tastkopf 302 durch ein Loch in der Antriebssteuerungsan­ ordnung 108 und kontaktiert den Kopf 100 auf der Seite, die der gedruckten Schaltungsplatine am nächsten ist, wie dies dargestellt ist. Eine Testvorrichtungssteuerung 304 liest die Position des Kopfes 100. Zusätzlich erfaßt die Testvor­ richtungssteuerung 304 den elektrischen Zustand des Sensors 106 über ein Kabel 306 und über federvorgespannte Sonden 308, die die Kontaktanschlußflächen auf der gedruckten Schaltungsplatine der Antriebssteuerungsanordnung 108 kon­ taktieren. Der Kopf 100 wird durch schrittweises Bewegen eines Schrittmotors (nicht dargestellt) durch die Antriebs­ steuerungsanordnung 108 gesteuert. Die Testvorrichtungssteu­ erung 304 mißt die Position des Kopfes 100 relativ zu der mechanischen Referenzposition A an dem Punkt, an dem der Sensor 106 die Zustände umschaltet (Position B) und wandelt die Entfernung des Kopfes 100 von der mechanischen Referenz­ position A (das heißt, die Entfernung B - A) in eine ent­ sprechende Anzahl von Schrittmotorschritten um. Diese Anzahl von Schrittmotorschritten wird in einem Speichergerät 314 über ein Kabel 310 und über federvorgespannte Sonden 312 programmiert. Sobald dieser Herstellungskalibrierungsprozeß abgeschlossen ist, kennt die Antriebssteuerung die Anzahl von Schrittmotorschritten vom Schaltpunkt B zur mechanischen Referenz A genau. Der Schaltpunkt B ist innerhalb eines An­ triebs wiederholbar. Deshalb bewegt der Antrieb beim Ein­ schalten oder während eines Antriebsinitialisierungsprozes­ ses den Kopf, bis der Sensor seinen Zustand umschaltet und die Position des Kopfes ist dann in Einheiten von Schritt­ motorschritten genau bekannt.

Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel wird der mechani­ sche Referenzpunkt A durch ein formatiertes Band bestimmt. Der Bandformatierungsprozeß schließt zwei Referenzspuren am Beginn des Bandes und in der Nähe der Mittellinie des Ban­ des, und eine Referenzspur für jede Richtung der Bandbewe­ gung ein. Bei der Vorrichtung, die in Fig. 3 dargestellt ist, wird ein formatiertes Band an dem Kopf 100 vorbeibe­ wegt, wobei das Band an dem Ende die Referenzspuren enthält. Der Kopf 100 wird bewegt, bis die Referenzspur, die der Be­ wegungsrichtung entspricht, erfaßt ist. Für das bestimmte Ausführungsbeispiel ist diese Position die mechanische Refe­ renz A. Die Position des Kopfes 100 bei der mechanischen Re­ ferenz A wird intern durch die Vorrichtungssteuerung 304 ge­ speichert. Wie es oben beschrieben wurde, wird der Kopf dann bewegt, bis der Sensor 108 seinen Zustand umschaltet, wo­ durch die Position B erhalten wird. Die Differenz (B - A) wird dann in dem Speichergerät 314 gespeichert. Beim norma­ len Betrieb nach der Kalibrierung läuft der Prozeß nur ent­ gegengesetzt ab. Das heißt, während der Initialisierung be­ wegt die Antriebssteuerung den Kopf 100, bis der Sensor 106 seinen Zustand umschaltet. Dann liest die Antriebssteuerung 108 die aufgezeichnete Entfernung B - A und bewegt den Kopf 100 um die geeignete Entfernung, um sich zu einer aufge­ zeichneten Spur zu bewegen.

Es wird für Fig. 1 und Fig. 2 darauf hingewiesen, daß, wenn der gesamte mechanische Vorsprung oder der gesamte Kopf oder der gesamte Arm vollständig durch die Schaltposition hin­ durchgehen kann, die Position des Kopfes, wenn der Sensor seinen Zustand verändert, für jede der zwei möglichen Rich­ tungen der Kopfbewegung unterschiedlich ist. Wenn der Kopf anfänglich unterhalb des Schalters ist, wie es zum Beispiel in Fig. 2 dargestellt ist, und die Kopfbewegung nach oben geht (in Richtung der Position B), wird der Schalter seinen Zustand ändern, wenn der obere Abschnitt der Kopfanordnung die Position B erreicht, und wird dann in den ursprünglichen Zustand zurückschalten, wenn es dem Kopf möglich ist, sich nach oben über den Schalter hinaus zu bewegen. Wenn die Be­ wegungsrichtung nach unten ist, wird die Unterseite der Kopfanordnung den Schalter auslösen. Deshalb muß die Schalt­ position, die in dem Speichergerät (Fig. 3, 314) gespeichert ist, für nur eine Bewegungsrichtung (zum Beispiel nach oben) definiert sein, oder eine getrennte Schalterposition muß für jede Bewegungsrichtung gespeichert sein.

Bei dem bestimmten beispielhaften Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, ist der lineare Positionscodierer (Fig. 3, 300), der bei der Kalibrierungsvorrichtung verwen­ det wird, ein Ono Sokki, Modell GS-332, erhältlich von Don Richetts Company, 828 East Valley Blvd., San Gabriel, CA 91778. Ein Beispiel für einen geeigneten optischen Sensor (Fig. 3, 106) ist ein OMRON, Artikel-Nummer EE-SX1042, er­ hältlich von OMRON Electronics Inc., Control Components Devision, One East Commerce Drive, Schaumburg, IL 60173. Ein Beispiel eines geeigneten Speichergeräts (Fig. 3, 314) zum Speichern der Schalterauslöseposition ist ein löschbarer, programmierbarer Nurlesespeicher (EPROM), aber ohne Fenster zum Löschen, Microchip-Artikel-Nummer 27C256, erhältlich von Microchip Technology, Inc., 2107 North First Street, Suite 410, San Jose, CA 95131. Das EPROM wird ebenfalls verwendet, um Steuerungsfirmware und andere Kalibrierungswerte, die während des Herstellungsprozesses bestimmt wurden, zu spei­ chern. Bei dem bestimmten beispielhaften Ausführungsbeispiel kann sich die gesamte mechanische Sonde 104 nicht vollstän­ dig durch den Sensor 106 bewegen. Deshalb wird lediglich eine Schalterauslöseposition gespeichert.

Claims (8)

1. Positionssensorsystem zum Anordnen eines Wandlers (100) relativ zu einer vorbestimmten Referenzposition (110, 214), mit folgenden Merkmalen:
einer Steuerung (108) zum Bewegen des Wandlers;
einem ortsfesten Sensor (106) mit einem ersten und einem zweiten Zustand, der derart befestigt ist, daß bei Bewegung des Wandlers durch die Steuerung innerhalb eines zulässigen Bewegungsbereiches die Bewegung des Wandlers bewirkt, daß der Sensor von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand schaltet; und
einem Speichergerät (314), das durch die Steuerung ge­ lesen werden kann, das eine Differenz zwischen der Re­ ferenzposition (110, 214) und einer Auslöseposition (120, 216) enthält, wobei die Auslöseposition eine Po­ sition (120, 216) des Wandler anzeigt, an der der Sen­ sor von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand schaltet.

2. Positionssensorsystem nach Anspruch 1, bei dem der Wandler ein Magnetkopf ist.

3. Positionssensorsystem nach Anspruch 2, bei dem der Mag­ netkopf in einem Magnetbandantrieb angeordnet ist.

4. Positionssensorsystem nach Anspruch 1, bei dem der Sen­ sor ein optischer Sensor ist.

5. Verfahren zur Kalibrierung eines ortsfesten Positions­ sensors (106) für einen Wandler (100), wobei der Posi­ tionssensor einen ersten und einen zweiten Zustand hat, die als Reaktion auf eine Bewegung des Wandlers um­ schaltbar sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

• a) Bewegen des Wandlers mittels der Steuerung (108) innerhalb eines Bewegungsbereichs zu dem ortsfesten Positionssensor;
• b) Bestimmen einer Auslöseposition (120, 216) des Wandlers, an der der Positionssensor seinen Zustand umschaltet;
• c) Bestimmen einer Differenz zwischen der Auslöseposi­ tion (120, 216) und einer vorbestimmten Referenzpo­ sition (110, 214); und
• d) Aufzeichnen der Differenz in einem Speichergerät (314), das durch die Steuerung gelesen werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Wandler ein Mag­ netkopf ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Magnetkopf in einem Magnetbandantrieb angeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Sensor ein op­ tischer Sensor ist.