DE9211643U1

DE9211643U1 - Absolutwinkelcodierer

Info

Publication number: DE9211643U1
Application number: DE9211643U
Authority: DE
Original assignee: Hengstler GmbH
Current assignee: Hengstler GmbH
Priority date: 1992-08-29
Filing date: 1992-08-29
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2002-08-30

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Absolutwert-Winkelcodierer mit einer Codescheibe und vorzugsweise elektrooptischer Abtastung und entsprechender Auswerteelektronik.

Derartige absolute Winkelcodierer sind in vielfaltigen Ausführungen bekannt.

Zum Stand der Technik werden DE-PS 3322879 und DE-AS 1268194 benannt. Die Codescheiben werden z.B. mit Lichtschranken abgetastet, deren Lichtstrahl durch auf der Scheibe geschwärzte Bereiche unterbrochen wird und durch transparente Bereiche ungehindert durchtreten kann. Für jede Bitstelle im Code wird wenigstens eine Spur belegt. Dementsprechnd sind für hohe Auflösungen viele Spuren mit mindestens einer geometrischen Breite der abtastenden Lichtschranken erforderlich. Z.B. für &eegr; = 14 Bit werden mindestens 14 Spuren benötigt.
Die größte Auflösung ergibt eine Rasterung des Codes von 2 &khgr; &pgr; &khgr; r / 2ⁿ (r ist der Radius der Codscheibe). Mit steigender Bit Auflösung sinkt somit die Länge der abzutastenden Codeeinheiten. Gemäß dem Stand der Technik wird eine große Bitauflösung durch einen großen Radius ermöglicht, wie aus obiger Formel ersichtlich ist. Unerwünscht ist dieses Verfahren wegen der damit notwendigen großen Außenabmessungen des Gebersystems. Eine weitere vielfach angewandte Methode ist die Interpolation zwischen 2 relativ groben Abtastschritten. Bei diesem Verfahren müssen allerdings die Amplitudenverhältnisse der Lichtstrahlen sehr konstant gehalten werden bzw. aufwendig stabilisiert werden.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, für sonst gleichgroße Abtasteinheiten eine hohe Bitauflösung auf kleineren Scheibendurchmessern zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere zweckmäßige Ausführungsvarianten sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Codespuren entlang ihres Umfangs aufgeteilt werden in &eegr; gleiche Abschnitte. Jeder Abschnitt trägt eine Bitauflösung als Code und wird über &eegr; Abtastelemente abgetastet, die im Umfang exakt wie die &eegr; Codeabschnitte bei 360° / &eegr; angeordnet sind. Die phasenrichtige Auswahl der &eegr; Abschnitte bei der Decodierung wird über zusätzliche Codespuren und Abtastelemente erreicht.

Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten und Vorteile zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Codescheibe, Fig. 2 das Impulsdiagramm, das von der Codescheibe aus Fig. 1 erzeugt wird und

Fig.3 das Blockschaltbild der Auswerteschaltung.

Die Codescheibe (1) weist im Beispiel zwei Hauptspuren (2,3) und zwei Multiplexspuren (29,30) auf. Die Spuren (2) und (3) sind in je 4 Abschnitte (4,5,6,7) aufgeteilt, die mit aufsteigender Bitauflösung codiert sind. Der Abschnitt (4) ist auf der Spur (2) einmal in hell/dunkel geteilt. Auf der gleichen Spur (2) ist der Abschnitt (5) in doppelt soviele Teile proportioniert, Abschnitt (6) und (7) jeweils nochmal um den Faktor 2 feiner. Dieses Verfahren wiederholt sich in der Spur (3), wobei im Abschnitt (4) mit der doppelten Auflösung

der höchsten von Spur (2) in Abschnitt (7) gestartet wird. Dieses Verfahren kann fortgestzt werden bis in einem Abschnitt die höchste gewünschte Auflösung des Bits &eegr; erreicht wird. Im vorliegenden Beispiel werden hierfür im Gegensatz zum Stand der Technik nur &eegr; / 4 Spuren benötigt. Auch die Aufteilung des Umfangs kann von 4 auf höhere Werte gesteigert werden.

Die Position der abtastenden Photoelemente (8-15) ist so angeordnet, daß für jede der 2 Spuren (2 u.3) 4 Elemente im Winkel von 90° vorhanden sind. Zur Funktion des Verfahrens werden zusätzlich zwei Spuren (29,30) benötigt, die über 2 weitere Photoelemente (17,18) ein Multiplexsignal für die Umschaltung der 4 Abtastabschnitte (4-7) bereitstellen. Allgemein werden &zgr; Multiplexspuren bzw. Photoelemente benötigt, die der Vorschrift x=2^z genügen. Eine Auswertschaltung ist in Fig. 3 abgebildet. Die Signale der Photoelemente (8-15) werden in einer Demultiplexsteuerung (19,20) mit Hilfe der Signale (17) und (18) in eine Auflösung von &eegr; mal die Anzahl der Spuren umgesetzt; im Beispiel die Signale (21-28). Fig. 2 zeigt die Impulsdiagramme, in der die Funktion der Multiplexsteuersignale deutlich wird. Wesentlicher Teil der Erfindung ist es, daß die Multiplexsignale exakt in der Genauigkeit des höchsten Coderasters wirksam werden. Dies kann erfindungsgemäß nur dadurch erreicht werden, daß die Multiplexsignale mit der gleichen Schärfe und Ortsauflösung erzeugt werden, wie die höchste Codeauflösung. Dies ist z.B. der Fall bei einer gemeinsamen Kopie aller nötigen Spuren auf die Codescheibe in einem Arbeitsgang.

Die Multiplexspuren (17,18) definieren absolut zuordenbar die Übergänge zwischen in Abschnitten (4-7) und schalten somit jeweils das richtige Codemuster auf den Ausgang durch. Z.B. ist das am Winkelcodiererausgang zur Verfügung stehende Signal (21) durch die Multiplexsteuerung (19) aus dem Abschnitt (4)

des Abtastelements (12), dem Abschnitt (5) des Abtastelements (14), dem Abschnitt (6) des Abtastelements (9) und des Abschnitt (7) des Abtastelements (10) zusammengesetzt. Die anderen Ausgangssiganle werden analog erzeugt. Ebenso die Abtastsignale der 2. Hauptspur (3), allerdings mit höherer Auflösung.

Die im Beispiel gewählte elelctrooptische Abtastung kann auch durch andere physikalische Prinzipien ersetzt werden, z.B. durch induktive oder kapazitive.

Claims

Firma Hengstler GmbH, D-7208 Aldingen, Kreis Tuttlingen Absolutwinkelcodierer Schutzansprüche:

1. Absolutwinkelcodierer mit einer Codescheibe dadurch gekennzeichnet, daß die m Signalspuren in &eegr; Abschnitte aufgeteilt sind, von denen jeder Abschnitt mit um den Faktor 2 höherem Teilungsfaktor aufgeteilt ist. Jedem Abschnitt ist ein Abtastelement zugeordnet. Von mindestens einer zusätzlichen Codespur werden &eegr; Umschaltimpulse erzeugt, mit denen die auf den &eegr; Abschnitten verteilten Codeteile in der richtigen Anordnung zum Ausgangssignal für die absolute Drehwinkelpositon mit einer Auflösung von m &khgr; &eegr; Bits durchgeschaltet werden.

2. Absolutwinkelcodierer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtastelemente aus optoelektronischen Bauelementen aufgebaut sind.

3. Absolutwinkelcodierer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastelemente aus Schleifkontakten bestehen, die über Durchbrüche in nichtleitendem Material, das über einem Leiter bewegt wird, codiert sind.

4. Absolutwinkelcodierer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastelemente induktive Bauelemente sind, die über Materialien unterschiedlicher Permeabilitäten und/oder verschiedenen Geometrien von permeablen Materialien codiert sind.

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5. Absolutwinkelcodierer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtastelemente kapazitive Fühler sind, die über verschieden dielektrischen Materialien und/oder Geometrien von dielektrischen Materialien codiert sind.