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Die
Erfindung bezieht sich auf induktive Stellungsdetektoren, insbesondere
von dem Typ, der in
GB1513567 und
WO-A-60/06972 beschrieben ist, und auf Entwicklungen davon. Solche
Vorrichtungen sind üblicherweise
an Werkzeugmaschinen angebracht und können dazu verwendet werden,
die Position des Werkzeugmaschinenkopfes in Bezug auf ein Werkstück zu bestimmen.
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Detektoren
dieses Typs umfassen ein längliches
magnetisches Element, das eine periodisch variierende Abmessung
in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Elements aufweist.
Das Element besteht üblicherweise
aus einer Reihe von Stahlkugeln, die mit Punktkontakt in einer Linie
angeordnet sind. Ein Umformer, der das magnetische Element umgibt
und sich entlang seiner Länge
bewegt, wird dazu verwendet, ein magnetisches Feld im Element zu
induzieren. Die periodischen Variationen der Abmessung des Elements
ergeben detektierbare periodische Variationen des magnetischen Feldes
und liefern als solche eine entsprechende periodisch variierende
Signalisierung, welche dazu verwendet werden kann, die relative
Position des Elements in Bezug auf den Umformer zu bestimmen. Im
Betrieb sind das Element und der Umformer auf der Werkzeugmaschine
vorgesehen, um beispielsweise die Position des Werkzeugkopfes in
Bezug auf das Werkstück zu
messen.
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Zurzeit
wird eine aktuelle Position unter Bezug auf einen einzelnen Messwert bestimmt,
der außerhalb
und getrennt vom Positionsdetektor ist. Die Position des Messwertes
wird auch auf die folgende Art und Weise manuell in den Detektor
einprogrammiert. Vor der Programmierung des Messwertes kennzeichnet
der Werkzeugmaschinenbediener einen Messwertpunkt, gewöhnlich auf
der Werkzeugmaschine selbst, und bewegt den Detektor zu diesem Messwertpunkt.
An diesem Punkt wird dasselbe Signalisieren, das zum Bestimmen einer
relativen Position zwischen dem Element und dem Umformer verwendet
wird, analysiert und aufgezeichnet. Da das Signalisieren periodisch
mit der Position variiert, muss der Detektor aufzeichnen, wie viele
Perioden er durchfahren hat und ebenso, wo er auf einer bestimmten
Periode ist.
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Der
Messwert muss jedes Mal zurückgesetzt werden,
wenn der Positionsdetektor ausgeschaltet wird, beispielsweise am
Ende jedes Arbeitstages. Dies kann ungünstig sein, zu Fehlern führen und
zeitraubend sein, besonders dann, wenn die Werkzeugmaschine die
Bearbeitung eines Werkstückes
teilweise durchgeführt
hat.
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US-Patent
Nr. 5,029,304 und US-Patent Nr. 4,581,525 offenbaren Sensoren zum
Bestimmen der Position oder der Maße eines Gegenstands mit einem
Array aus Detektoren, das einen Binärcode ausgibt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen induktiven Positionsdetektor
zur Verfügung,
der ein erstes Bauteil umfasst, das eine Längsachse und ein Element aus
magnetischem Material aufweist, das sich in der Richtung der Längsachse
erstreckt und eine periodisch variierende Abmessung in einer Richtung senkrecht
zur Längsachse
aufweist, und ein zweites Bauteil umfasst, das relativ zum ersten
Bauteil entlang der Längsachse
bewegbar ist und Mittel umfasst, um ein magnetisches Feld im Element
zu induzieren, wobei eine detektierbare Referenz-Markierung auf
dem ersten Element vorgesehen ist, die verschieden vom Element ist.
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Da
die Messwertposition innerhalb des Detektors fest ist, muss ein
Bediener nicht mehr länger einen
bestimmten Messwert vorwählen
und das manuelle Verfahren der Programmierung des Messwerts durchlaufen.
Folglich ist die Möglichkeit
von menschlichem Versagen bei der Programmierung des Messwerts verringert.
Zusätzlich
kann die Programmierung des Messwerts ein automatisierter Prozess
sein, der den Eingriff des Bedieners nicht erfordert. Daher kann
der Auftrag schneller erledigt werden.
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Vorrichtungen
nach dem Stand der Technik beruhen auf einem Aufzeichnen von inkrementellen Änderungen
der Position, um eine aktuelle Position in Bezug auf den Messwert
zu bestimmen. Wenn irgendein Ablesewert fehlt, führt dies so zu einem Fehler.
Wenn der Umformer eine erhebliche Strecke bewegt wird, können sich
diese Fehler aufsummieren und signifikant werden.
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Insbesondere
wenn Stahlkugeln als das magnetische Element verwendet werden, wird
ein grober Positionswert durch Zählen
der Anzahl von Kugeln bestimmt, die vom Messwertpunkt überquert werden,
hierin als Zwischenraumzählung
bezeichnet, und es wird auch die Position entlang jeder Kugel bestimmt,
hierin als Flankenzählung
bezeichnet. Die Zwischenraumzählung
ist folglich eine verhältnismäßig grobe
Messung und die Flankenzählung
eine genaue Messung. Jedoch kann ein Fehler in der Zwischenraumzählung auftreten,
wenn das Element zu schnell bewegt wird, als dass eine Änderung
durch den Detektor registriert werden kann, und kann zu signifikanten
Fehlern bei der aktuell gemessenen Position führen.
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Außerdem ist
der einzelne Referenz-Messwert normalerweise an einem Ende der Bewegungsstrecke
des Umformers entlang des Elements positioniert. Folglich muss der
Umformer aus der Position und in die Messwertposition bewegt werden,
die einige Meter entfernt sein kann, bevor der Messwert eingestellt
wird und der Umformer zurück
in die Position bewegt wird. Je weiter der Umformer bewegt wird, desto
größer ist
die Möglichkeit,
dass die oben erwähnten
Fehler auftreten.
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Vorzugsweise
kann der Stellungsdetektor mit einer Mehrzahl von axial mit Abstand
versehenen Markierungen ausgestattet sein. Dies erlaubt dem Stellungsdetektor
seinen Messwert ohne die Notwendigkeit zu bestimmen, zu einer einzelnen
eindeutigen Position zurückzugehen,
um den Messwert zurückzusetzen.
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Um
in der Lage zu sein, dies zu tun, benötigt der Detektor einige zusätzliche
Informationen, um ihm zu ermöglichen,
zu bestimmen, welche Markierung er detektiert.
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Ein
Weg dies zu tun ist, die Markierungen an unterschiedlichen Winkelpositionen
um den Umfang des magnetischen Elements zu positionieren, wodurch
sich unterschiedliche charakteristische Signale ergeben.
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In
einem weiteren Beispiel können
die Markierungen in einem ungleichmäßigen Abstand zwischen benachbarten
Markierungen positioniert sein. Mit Kenntnis der axialen Position
jedes ungleichmäßigen Markierungsabstands
entlang der Länge
des ersten Bauteils, ist der Detektor in der Lage, einen bestimmten
Abstand oder eine Kombination von Abständen von benachbarten Markierungen
als Merkmal einer bestimmten Position entlang des Elements zu erkennen.
Folglich kann eine Stellung ohne die Notwendigkeit bestimmt werden,
sich eine große Strecke
zu bewegen, um den Messwert zu finden.
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Der
ungleichmäßige Abstand
könnte
ein zufälliger
oder unregelmäßiger sein,
vorausgesetzt, dass er dem Detektor bekannt ist. Jedoch ist vorzugsweise
jeder Abstand zwischen benachbarten Markierungen ein Mehrfaches
eines festen Wertes. So wird der Detektor bei jedem Abstand, der
gleich dem festen Wert ist, entweder das Vorhandensein einer Markierung
detektieren, oder das Fehlen einer Markierung bemerken. Dies erzeugt
im Wesentlichen einen Binärcode.
Durch geeignetes Anordnen der Markierungen kann ein Binärcodesegment
für jeden Abschnitt
des Elements eindeutig gemacht werden. Die Anzahl der Stellen, die
benötigt
werden, um jedes Binärcodesegment
eindeutig zu machen, hängt
von der Länge
des Elements und vom Abstand der Markierungen ab. Jedoch wird der
Detektor immer nur verhältnismäßig wenige
Markierungen detektieren müssen,
um diesen eindeutigen Code zu bestimmen. Die Methode erzeugt auch
ein Signalisieren, welches besonders für digitale Schaltungen geeignet
ist.
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Wenn
der feste Wert gleich der Periode der periodisch variierenden Abmessung
des Elements ist, wird die Signalbearbeitung zum Bestimmen der Position
des Detektors vereinfacht.
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Die
Länge jeder
Markierung ist vorzugsweise kleiner als die variierende Elementperiodenabmessung.
Wenn eine Markierung detektiert wird, so muss dies nicht exakte
Informationen über
die Position der Markierung geben. Stattdessen kann dies ein "Fenster" liefern, in dem
die minimale Abmessung auftritt. Die exakte Position kann dann vom
Signal bestimmt werden, welches durch das induktive Element bereitgestellt
wird.
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Werden
eine Mehrzahl von Markierungen verwendet, so können die Markierungen voneinander unterschiedliche
charakteristische Signale erzeugen. Eher als darauf begrenzt zu
sein, die Abstände
zwischen Markierungen bestimmen zu müssen, ermöglicht die Fähigkeit,
zwischen Markierungen zu unterscheiden, es einer einzelnen Markierung,
Positionsinformationen zur Verfügung
zu stellen und erhöht folglich
die Flexibilität
des Detektors. Es können
folglich mehr Positionsinformationen in einer gegebenen Länge entlang
des Elements zur Verfügung
gestellt werden.
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Auf
eine besonders angenehme Art und Weise werden unterschiedliche charakteristische
Signale zur Verfügung
gestellt, wenn die Markierungen magnetisch sind und so positioniert
sind, dass bei einigen Markierungen der Nordpol detektierbar ist,
während bei
anderen der Südpol
detektierbar ist. Wenn die Abstände
zwischen den Markierungen ein Mehrfaches eines festen Wertes betragen,
können
solche magnetischen Markierungen zweckmäßigerweise dazu verwendet werden,
ein Signal zur Basis drei zur Verfügung zu stellen und folglich
die Anzahl von Markierungen zu verringern, die benötigt werden,
um ein eindeutiges Signal zur Verfügung zu stellen.
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Eine
Art, auf welche die Markierungen detektiert werden können, ist,
sie unter einem einzelnen Detektor durchzuführen. Vorausgesetzt, dass der
Anteil der Relativbewegung oder die zurückgelegte Strecke zwischen
dem ersten und zweiten Bauteil bekannt ist, kann dann die Position
jeder Markierung bestimmt werden. Jedoch wird vorzugsweise eine Anzahl
von axial mit Abstand versehenen Markierungsdetektoren zur Verfügung gestellt.
Dies erlaubt, das Vorhandensein einer Anzahl von Markierungen gleichzeitig
mit nur einer kurzen Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten
Bauteil zu ermitteln.
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In
der Situation, in der die Markierungen einen Abstand haben, der
einem Mehrfachen eines festen Wertes entspricht, der gleich der
Periode der periodisch variierenden Abmessung des Elements ist,
ist es vorteilhaft, die Detektoren gleichmäßig in einem Abstand anzuordnen,
welcher gleich der Periode der periodisch variierenden Abmessung
ist. Mit solch einer Anordnung stellt eine maximale Relativbewegung
von einer Periode sicher, dass jede Markierung durch einen Markierungsdetektor
detektiert wird.
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Bei
einer Entwicklung einer solchen Anordnung, wäre es vorzuziehen für jede Markierung
ein Signal zu produzieren, das durch einen Markierungsdetektor detektierbar
ist, wenn die Markierung axial zum Markierungsdetektor versetzt
wird. So wäre
es möglich
ohne irgendeine Relativbewegung zwischen den Markierungen und den
Detektoren, zu bestimmen, ob eine Markierung zwischen zwei Detektoren ist.
Dies liefert eine zutreffende absolute Positionserkennung, insofern
als der Detektor seine absolute Position ohne Relativbewegung zwischen
den Bauteilen sofort feststellen kann, wenn der Detektor eingeschaltet
wird. Die Erkennung der Markierungen durch die Markierungsdetektoren
ermöglicht
es dem Detektor, seine absolute Zwischenraumzählung einzustellen, während das
induktive Signal, das durch das Element produziert wird, es erlaubt,
die Flankenzählung
innerhalb des Zwischenraums zu bestimmen. So kann der Detektor einen
Genauigkeitsabsolutwert einstellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Markierungen in einer Folge positioniert, die eine Reihe
von den Segmenten von vorbestimmter Länge umfasst, wobei in jedem
der Segmente die Anordnung der Markierungen eindeutig ist. Auf diese
Art ist ein eindeutiges Signal, welches die Position anzeigt, verfügbar, sobald
die Anordnung der Markierungen in einem Segment detektiert worden
ist.
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Es
ist vorzuziehen die Anordnung der Markierungen in irgendeinem Segment
ohne Relativbewegung zwischen den Detektoren und den Markierungen
zu detektieren, wenn die Anzahl an vorgesehenen Detektoren ausreicht.
Dies gewährleistet
eine absolute Positionserkennung dahingehend, dass die Detektoren
ein eindeutiges Positionssignal detektieren können, selbst wenn sie stationär sind.
Um dies zu erreichen, ist die Anzahl der bereitgestellten Detektoren
gewöhnlich
größer als
die maximale Anzahl der Markierungen in einem Segment. Auf diese
Art gibt es immer einen Detektor, der nah genug an jeder Markierung
im Segment ist, um sicherzustellen, dass ein starkes Signal erfasst
werden kann.
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Vorzugsweise
umfasst der Stellungsdetektor auch Mittel, um zu bestimmen, welcher
Detektor aus der Mehrzahl der Detektoren am nächsten an den Markierungen
in einem Segment positioniert ist, so dass nur jene, die am besten
gelegen sind, um die stärksten
Signale zu lesen, damit beschäftigt
werden, eine Stellung zu erzeugen. Eine solche Ausführungsform
verwendet eine Klassifikation der Flankenzählung, abgeleitet vom induktiven
Element, um eine optimale Untergruppe von Detektoren aus der Mehrzahl der
Detektoren zu wählen.
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Das
Element aus magnetischem Material kann eine Kette von im Wesentlichen
identischen sphärischen
Kugeln umfassen, die nebeneinander in einer Linie mit Punktkontakt
angeordnet sind und hinsichtlich einer Relativbewegung zueinander
eingeschränkt
sind. Bei solch einer Anordnung kann jede Markierung bequem in einem
Ring gelegen sein, der zwischen benachbarten Kugeln eingebracht
ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden jetzt mit Bezug auf die Zeichnungen im Anhang
beschrieben, bei denen:
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1 einen
Positionsdetektor entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt, der eine Anzahl von Markierungen und einen
einzelnen Markierungsdetektors aufweist;
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2 einen
Positionsdetektor entsprechend einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, der eine Anzahl von Markierungen und
eine Anzahl von Markierungsdetektoren aufweist;
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3 einen
Positionsdetektor entsprechend einer dritten Ausführungsform
darstellt, die ähnlich 2 ist,
jedoch mit einer alternativen Konfiguration der Markierungsdetektoren;
und
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4 einen
Positionsdetektor entsprechend einer vierten Ausführungsform
darstellt, mit einem Detektoren-Array und Markierungen, die in der
Lage sind, voneinander verschiedene Signale abzugeben; und
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5 eine
Querschnittsansicht der Gradeinteilung für einen Positionsdetektor entsprechend
einer fünften
Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Der
Positionsdetektor 10, wie in 1 gezeigt,
umfasst eine Gradeinteilung 20 welche sich longitudinal
erstreckt, und einen Umformer 30. Der Umformer 30 umschließt die Gradeinteilung 20 und ist
entlang der Länge
der Gradeinteilung 20 bewegbar.
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Die
Gradeinteilung
20 umfasst einen Schlauch
21 aus
antimagnetischem Material, das eine Kette magnetischer Kugeln
22 mit
Punktkontakt beherbergt und eingrenzt, um relative Kugelbewegung
zu verhindern. Der Umformer
30 umfasst Übertragungsspulen (nicht gezeigt)
und Sondenspulen (nicht gezeigt). Die Übertragungsspulen werden verwendet,
um ein magnetisches Feld entlang der Linie mit Punktkontakt der
Kugeln
22 zu induzieren und die Sondenspulen sind angeordnet,
um Variationen des Magnetfeldes zu detektieren, wenn sich die Kugeln
22 relativ
zu den Sondenspulen bewegen. Die Detektorschaltung (nicht gezeigt)
wird verwendet, um das Signalisieren zu analysieren, um Positionsinformationen
zu geben. Solche Vorrichtungen sind in Stand der Technik weithin
bekannt und eine solche Vorrichtung ist in
GB1513567 beschrieben worden. Insbesondere
wird ein grober Positionswert bestimmt, indem die Anzahl der Kugeln
22 gezählt wird,
die von einem Messwertpunkt überquert
werden, bekannt als Zwischenraumzählung, kombiniert mit der Position entlang
jeder Kugel
22, bekannt als Flankenzählung. Die Zwischenraumzählung ist
eine verhältnismäßig ungenaue
Messung und die Flankenzählung
ist eine genaue Messung, die völlig
innerhalb des Zwischenraums ist.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein einzelner Markierungsdetektor 31,
wie ein Halleffekt-Sensor,
im Umformer 30 vorgesehen. Eine Mehrzahl magnetischer Markierungen 23 ist
an axial mit Abstand versehenen Positionen entlang der Gradeinteilung 20 vorgesehen.
Jede Markierung 23 ist an einem axialen Lageniveau mit
einem Kontaktpunkt zwischen zwei benachbarten Kugeln 22 positioniert.
Von 1 ist verständlich,
dass es genügend
Raum gibt, dass die Markierungen 23 hier positioniert sind,
wobei sie gewöhnlich
in einem Plastikring (nicht gezeigt) gehalten sind, der dazwischen
eingelassen ist, aber nicht die magnetischen Kugeln 22 behindert.
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Die
Markierungen 23 sind zwischen einigen der Kugeln 22 vorgesehen,
sind aber nicht zwischen jeder Kugel 22 vorgesehen. Folglich
sind die Markierungen 23 in Abständen positioniert, die gleich
einem Mehrfachen des Zwischenraums der Gradeinteilung 20 sind,
wobei der Zwischenraum der Durchmesser der Kugeln 22 ist.
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Das
Fehlen einer Markierung 23 liefert kein Signal (0) zum
Markierungsdetektor 31, während das Vorhandensein einer
Markierung 23 ein Signal (1) liefert. Da der Umformer 30 hinter
der Gradeinteilung 20 abgetastet wird, detektiert so der
Markierungsdetektor 31 in jedem Abstand, der gleich einem
Kugeldurchmesser (einem Zwischenraum) ist, entweder das Vorhandensein
oder das Fehlen einer Markierung 23, um ein eindeutiges
binäres
Signal aufzubauen, das einer charakteristischen Anordnung von Markierungen 31 entspricht.
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Die
Markierungen werden so angeordnet, dass eine binäre Folge zur Verfügung gestellt
wird, die als aus einer Reihe von überlappenden Segmenten aufgebaut
angesehen werden kann, wobei jedes eine vorgegebene Anzahl von Stellen
aufweist. Es kann eine binäre
Folge erzeugt werden, in der kein Segment innerhalb einer gegebenen
möglichen
maximalen Länge
wiederholt wird. Wenn ein Segment aus 8 Stellen besteht, kann eine
binäre
Folge von 28 = 256 Segmenten erzeugt werden,
bevor eine Wiederholung eines Segments auftritt.
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Beispielsweise,
wenn die Folge mit sagen wir 101100111010... beginnt, ist das erste Segment
mit 8 Stellen 10110011. Beim Bewegen entlang eines Zwischenraums
zum Anfang des nächsten
Segments, ist dieses zweite Segment 01100111. Beim Bewegen entlang
eines anderen Zwischenraums, ist das dritte Segment 11001110 und
so weiter. Jedes dieser Segmente ist innerhalb der Länge der
Gradeinteilung 20 eindeutig.
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Sobald
der Detektor 31 jedes mögliche
Segment mit 8 Stellen ermittelt hat, ist er mit Kenntnis der binären Folge
entlang der Gradeinteilung 20 in der Lage, seine Position
relativ zur Gradeinteilung 20 zu identifizieren, indem
er identifiziert, wo in der bekannten Folge das charakteristische
Segment auftritt.
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Eine
Entwicklung der Erfindung ist in 2 gezeigt.
In diesem Fall ist eine Anzahl von Markierungsdetektoren 31 vorgesehen.
Gewöhnlich
ist die Anzahl an Markierungsdetektoren 31 gleich der Anzahl
an Stellen im Binärcodesegment,
das erforderlich ist, um eine bestimmte charakteristische Anordnung
zu identifizieren. In diesem Fall ist das Binärcodesegment 8 Stellen lang
und folglich gibt es 8 Markierungsdetektoren 31. So ist
es nur notwendig, den Umformer 30 um einen maximalen Abstand
von einer Zwischenraumlänge
(d.h. von einem Kugeldurchmesser) zu bewegen, um in der Lage zu
sein, ein vollständiges
Segment zu lesen und daraus eine Position zu bestimmen.
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In
der in 3 gezeigten Ausführungsform ist eine Mehrzahl
analoger Detektoren 31 vorgesehen. Diese sind in einem
Abstand, der kleiner ist als der Zwischenraum der magnetischen Kugeln 22,
gelegen. Der Gebrauch der analogen Detektoren erlaubt, dass das
Vorhandensein einer Markierung 23 ermittelt wird, selbst
wenn sie nicht direkt mit einem Detektor 31 in einer Linie
angeordnet ist. Auch die Stärke
des Signals, das durch den Detektor 31 detektiert wird,
variiert im umgekehrten Verhältnis
zu seinem axialen Abstand von der Markierung 23. Folglich sind
die Detektoren 31 immer in der Lage, die Anordnung der
Markierungen 23 in dem Abschnitt der Gradeinteilung 20 zu
bestimmen, an den sie angrenzen, ohne irgendeine Relativbewegung
zwischen dem Umformer 30 und der Gradeinteilung 20 zu
erfordern. So bietet diese Anordnung eine zutreffende absolute Positionserfassung.
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In
einer weiteren in 4 dargestellten Ausführungsform
werden Markierungen 23 verwendet, die ein charakteristisches
Signal zur Verfügung
stellen können,
das von einer zur anderen unterschiedlich ist. In diesem Beispiel
werden magnetische Markierungen 23 verwendet und diese
sind derart positioniert, dass entweder der Nordpol oder der Südpol detektierbar
ist. So erfassen die Detektoren 31 entweder ein Fehlen
einer Markierung (0), einen Nordpol (1) oder einen Südpol (2),
selbst wenn die Detektoren nicht direkt mit den Markierungen in
einer Linie angeordnet sind. Dies liefert einen Code zur Basis 3,
anstatt einen Binärcode.
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Wie
oben erwähnt
muss ein Codesegment mit einer gegebenen Anzahl von Stellen gewählt werden,
um eine bestimmte Position darzustellen. Um eine absolute Positionserfassung
zur Verfügung
zu stellen, dürfen
sich die Codesegmente entlang der gesamten Länge der Gradeinteilung 20 nicht
wiederholen. Diese Bedingung kann erfüllt werden, wenn ein geeigneter
mathematischer Algorithmus verwendet wird, um eine pseudozufällige Folge
zu erzeugen, die wiederum die Markierungspositionen definiert. Der
Vorteil eines Codes zur Basis 3 anstelle eines Binärcodes ist
der, dass für
ein Codesegment mit einer gegebenen Anzahl von Stellen eine längere pseudozufällige Folge
erzeugt werden kann, bevor eine Wiederholung eines bestimmten Segments
auftritt. Folglich kann eine längere
Gradeinteilung 20 vorgesehen werden.
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Jedoch
ist es nicht wünschenswert,
dass das Codesegment eine zu große Anzahl von Stellen aufweist,
weil eine größere Anzahl
an Detektoren 31 erforderlich ist, um ein Segment ohne
Relativbewegung der Detektoren 31 entlang der Gradeinteilung 20 zu
lesen, wenn sich die Anzahl der Stellen erhöht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das gewählte
Codesegment 6 Stellen lang. Folglich kann eine Folge zur Basis 3
von 36 = 729 eindeutigen Codesegmenten erzeugt
werden.
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Um
in der Lage zu sein, ein Codesegment mit 6 Stellen an jedem Punkt
zu detektieren, wird eine Mehrzahl von Detektoren 31 verwendet,
die in einem Array 32 dicht gepackt sind, die ausreichen,
um mehr als sechs von den magnetischen Kugeln 22 in der Gradeinteilung 20 zu überspannen.
Um eine Markierung 23 (oder die Abwesenheit einer Markierung) selbst
dann sicher zu detektieren, wenn ein Detektor 31 nicht
genau mit einer Markierung 23 in einer Reihe angeordnet
ist, ist es außerdem
vorzuziehen, wenn das Array 32 eine Anzahl von Detektoren
enthält,
die viel größer ist,
als die Anzahl der Stellen im zu detektierenden Codesegment. Bei
Verwendung der genauen Flankenzählungs-Messung,
welche die genaue Position an einer Kugel 22 anzeigt, können jene Detektoren 31 im
Array 32 gewählt
werden, die am besten positioniert sind, um die stärksten Signale
von den Markierungen 23 in einem bestimmten Segment zu
detektieren, um das Codesegment zur Verfügung zu stellen, während die
Signale von den restlichen Detektoren heraus gefiltert werden. Gewöhnlich wird die
Flankenzählung
(d.h. die Anzeige der Position an einer Kugel) in eine Reihe von
Gruppen klassifiziert und eine bestimmte Untergruppe von Detektoren 31 jeder
Gruppe zugeordnet. Wenn die Flankenzählung in eine gegebene Gruppe
fällt,
wird so die geeignete Untergruppe von Detektoren 31 gewählt, um
die Signale von den Markierungen 23 zu detektieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Array 32 16 Detektoren 31 und ist
lang genug, um die Signale über
7 Zwischenraumlängen
aufzunehmen. Folglich sind zwei Codesegmente mit 6 Stellen detektierbar.
Bei Verwendung der genauen Flankenzählungsmessung, um die genaue
Position auf einer Kugel 22 anzuzeigen, kann wieder bestimmt
werden, welches von den beiden nachfolgenden Codesegmenten mit 6
Stellen dem Array 32 am nächsten ist und so am besten
zum Detektieren gelegen ist. Der Übergang von einem Codesegment
mit 6 Stellen zum nächsten
ist folglich so genau wie die Flankenzählungsmessung.
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Durch
Sicherstellen, dass ein gesamtes Codesegment durch das Array 32 auf
einmal gelesen werden kann, ohne dass es notwendig ist, den Umformer 30 zu
bewegen, stellt diese Ausführungsform eine
absolute Positionserfassung zur Verfügung, d.h. die Vorrichtung
ist in der Lage, ihre genaue Position jederzeit zu bestimmen, selbst
wenn die Stromversorgung entfernt und wiederhergestellt wird, wobei während des
Fehlens der Stromversorgung eine Bewegung auftritt.
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5 stellt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dar, bei der an einer Anzahl von Positionen entlang der
Gradeinteilung 20 eine oder mehrere Markierungen 23 an
verschiedenen Winkelpositionen um den Umfang vorgesehen sind. Bei
diesem Beispiel 3 sind Markierungen 23 bei Winkeln von
0°, 45° und 90° dargestellt.
Jedoch könnten
weniger oder mehr Markierungen an anderen Winkelpositionen vorgesehen
werden. Entsprechend der Anordnung von Markierungen 23 wird
ein anderes charakteristisches Signal zur Verfügung gestellt. So stellt jedes
charakteristische Signal einen Messwertpunkt auf der Gradeinteilung 20 zur
Verfügung.
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Markierungen 23 können an
verhältnismäßig wenigen
axialen Positionen entlang der Gradeinteilung 20 angeordnet
sein, um eine Reihe von Messwerten zur Verfügung zu stellen, so dass ein
Detektor 31 nur eine verhältnismäßig kurzer Strecke bewegt werden
muss, um einen Messwert zu identifizieren. Dies liefert keine absolute
Positionserfassung, ist aber eine verhältnismäßig einfache Anordnung.
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Alternativ
könnte
eine größere Anzahl
von Markierungen 23 an jeder von einer größeren Anzahl von
Positionen verwendet werden, so dass charakteristische Signale,
die ausreichen, um eine Stellung anzuzeigen, an jedem Punkt detektiert
werden könnten.
Solch eine Anordnung wäre
komplizierter, aber könnte
eine absolute Positionserfassung zur Verfügung stellen.
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Es
sollte angemerkt werden, dass in allen oben erwähnten Fällen die Informationen, die
bereitgestellt werden, indem die Position der Detektoren 31 bestimmt
wird, eine Erfassung mit geringer Genauigkeit zur Verfügung stellen,
aber Informationen über eine
eindeutige Position geben. Durch Auflösen des von den magnetischen
Kugeln 22 induzierten Signals und des eindeutigen Signals,
das durch die Markierungen 23 erzeugt wird, ist der Positionsdetektor
so in der Lage, seine eindeutige Position mit hoher Genauigkeit
zu bestimmen.