EP0352565A2 - Position-measuring device for crane conveying and telpher lines - Google Patents
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- EP0352565A2 EP0352565A2 EP89112901A EP89112901A EP0352565A2 EP 0352565 A2 EP0352565 A2 EP 0352565A2 EP 89112901 A EP89112901 A EP 89112901A EP 89112901 A EP89112901 A EP 89112901A EP 0352565 A2 EP0352565 A2 EP 0352565A2
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- European Patent Office
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- reading
- read
- carrier
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/18—Control systems or devices
- B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
Definitions
- the invention relates to a device for position measurement in crane and electric monorails, according to the features of the preamble of claim 1.
- a positioning device for a conveyor system in which two lasers are arranged on a gantry crane, which scan reference elements attached to the floor.
- the reference elements consist of two marking areas arranged at a certain distance from one another and in a certain direction.
- One of the marking areas has an elongated strip-like shape and is scanned by a laser beam, while the other marking area has a very small area and is detected by the second laser beam. Both marking areas are arranged in such a way that only when a desired position is reached both can be detected by the respective laser beams.
- Coded position sensors are known from "Controls and Regulations in Mechanical Engineering” 3rd edition, Verlag Europa-Lehrstoff, Wuppertal, with which distances can be measured absolutely.
- a code reading device is moved along a code carrier and the code marks located on the code carrier are scanned by reading heads.
- Several code marks form a code word on the code carrier, which is a direct measure of the distance traveled by the code reading device from a fixed reference point.
- the code marks of a code word are divided into several tracks which lie alongside one another along the code carrier. For this reason, care must be taken to ensure that the tracks lie next to each other with the exact clock and, moreover, the read heads, which are lined up next to one another transversely to the direction of movement, must have no offset with respect to the clock tracks. If such an offset occurs, for example due to skewing, a so-called skew error occurs and mixed code marks are read from adjacent code words, which leads to corresponding errors.
- Such a measuring system is therefore preferably limited to applications in which the spatial dimensions are small and one careful guidance of the reading heads towards the code carrier can be achieved. Large tolerances must be used in crane construction, which makes the use of such a measuring device impossible.
- the object of the invention is therefore to provide a device for position measurement with which a distance can be determined with a high degree of measurement accuracy and which is insensitive to tilting or tilting of the code reading device with respect to the code carrier.
- the arrangement is largely insensitive to tilting or slanting between the reading device and the code carrier, because regardless of the slanting position, the same code word is always read out by the reading device, provided that the sloping position is not so extreme that the reading device reads next to the code carrier. Also, a height offset of the code carrier is practically irrelevant, which considerably simplifies the attachment of the code carrier to the running rail, since there are no such high demands on the positional accuracy.
- Code mark sequences that have the above-mentioned property of being unique along the code carrier are easiest to generate according to the theory of primitive polynomials with the aid of feedback shift registers. In this way, the uniqueness of each code word is guaranteed, as the number theory shows.
- the code reading device contains a reading head for each position of the code word, i.e. in the case of a ten-digit code word, ten read heads are arranged next to one another, their relative distance being equal to the length of a code mark on the code carrier.
- the code words read from the code carrier are in no way lexicographically arranged when the cat is continuously driving, if the code words are interpreted as a binary number, it is expedient to convert the code word into a binary number which corresponds to the number of the code word within the generating code sequence table. After the conversion, the determination of the cat position is then the product of the code mark length with the number of the code word read, based on the start of the table, which corresponds to the start of the code carrier.
- one of the rollers delivers a clock signal that determines when the information supplied by the reading heads is correct information and when the reading heads are unfavorably above code mark boundaries .
- a crane designated 1 with a boom 2 is illustrated, which has a horizontally extending guide rail 2 in the form of an I-profile, which projects at one end from a wall 3, not shown.
- a conveyor element designed as a trolley 4 can run along the running rail 2 and can be moved longitudinally in the longitudinal direction of the running rail 2 by means of rollers 5, at least one of which can be driven by a drive device which cannot be identified.
- the trolley 4 is provided for lifting and lowering loads 6 with a conventional lifting device 7, on the traction means 8 of which the load 6 is to be attached.
- a code carrier 11 is attached to the web 9 of the I-shaped running rail 2 and extends over the entire length of the shortened running rail 2.
- a code reading device 12 cooperates with this code carrier 11, which is located on the trolley 4 and thus runs past the code carrier 11 when the trolley 4 moves along the running rail 2.
- the code reading device 12 is connected via a line 13 to evaluation electronics 14, which forward the determined data to a central control circuit 15 via sliding contacts and busbars which are attached on the opposite side of the web 9.
- the control circuit 15 shuts down or starts the drive device of the trolley 4 according to the position reached.
- the busbars for the drive device are also located on the back of the web 9 and are therefore again not recognizable.
- the code carrier 11 consists of an elongated strip 10 which is fastened on the web 9 and passes over the entire length of the running rail 2.
- the code carrier 11 is formed from a plurality of strips 10 which abut one another without a gap.
- rectangular fields 16 of equal size can be seen, which symbolize the individual code marks 17.
- These fields 16, like the field 16 ', are either opaque or, like the field 16 das, transparent, with two different values zero and one can be represented. For example, the value zero is assigned to the opaque field 16 'and the value one to the transparent field 16 ⁇ .
- the code carrier 11 is scanned or read by means of the code reading device 12, which carries lamps 18 opposite the top of the code carrier 11 and reading stations 19 opposite the bottom. Both the reading stations 19 and the lamps 18 are mounted on a common frame 20 which is connected to the trolley 4 and is moved along parallel to the code carrier 11 when the trolley 4 is traveling. Each of the reading stations 19 - in the exemplary embodiment shown there are five - is connected via connection lines 21 to the evaluation circuit 14, which reports its data to the central controller 15 via conductor lines 22.
- the code carrier 11 shown is a so-called transmissive code carrier which, depending on the value of the code mark, transmits more or less light from the illumination device to the reading station.
- a reflective code carrier can also be used, in which case the lighting device and the reading stations are located on the same side of the code carrier 11 and the reading station evaluates the light reflected by the reflective code carrier in order, depending on the reflection conditions, at the corresponding mark to generate digital zero or a digital one.
- the code marks 16 are arranged in a track or line one behind the other along the travel rail 2 without gaps, so that canting and inclination of the reading stations 19 arranged in a row next to one another in the longitudinal direction of the code carrier 11 cannot lead to reading errors.
- a five-digit binary number can be read with five reading stations 19; their largest value is 31, so that a total of 32 different numerical values can be distinguished.
- any group of five adjacent code marks 17 must be unique along the running rail 2 , ie this group may only appear once along track 2.
- code word is used for a group of five adjacent code marks.
- Sequences of numbers that meet the above condition that each number occurs only once in the sequence are so-called pseudo-random numbers.
- pseudo-random numbers According to the theory of "primitive polynomials", they can be generated with the aid of a linear feedback shift register, the number of digits of which corresponds to the number of digits in the binary code word.
- FIG. 3 shows the shift register which is generated for a five-digit code. It contains a total of five D flip-flops 23a ... 23e, the clock inputs 24 of which are connected in parallel, so that they change their state at the same time. Which state they take after the clock pulse depends on the state of the Q output of the previous flip-flop 23a ... 23e, because the D input of flip-flop 23a is connected to the Q output of flip-flop 23b, the D input of flip-flop 23b is connected to the Q output of flip-flop 23c etc., up to flip-flop 23e .
- a modulo-2 adder 25 At its D input there is a modulo-2 adder 25 with three inputs 26, one of which is connected to the Q output of flip-flop 23d and the other to the Q output of flip-flop 23a, while in the third one is permanently connected binary one is fed.
- a modulo-2 adder 25 has the property that its output is a logic one only if and when an odd number of its input connections are in the logic one state.
- the modulo-2 Adder 25 receives an H signal at two of its inputs 26, its output changes to L, ie with the next clock pulse the shift register pulls in a zero and the flip-flop 23e is in the zero state.
- the two flip-flops 23c and 23d are in the state one, while finally the flip-flops 23a and 23b in turn have the state zero.
- the further states that the flip-flops 23a ... 23e can assume in the further successive clock cycles are shown in the table from FIG. 4. Obviously, each five-digit binary number occurs only once within a period of a total of 31 numbers.
- code word read can be used determine how many code words from the table according to FIG. 4 it is, ie how many steps or code word changes were necessary to arrive at the relevant code word.
- stride length corresponds to the length of a code mark; thus the distance of the trolley 4 from the beginning of the code carrier 11 is equal to the length of a code mark 17 multiplied by the position of the code word in the table.
- FIG. 5 contains a table which indicates the length of the shift register according to FIG. 3 and how the individual outputs of the shift register must be linked in the modulo-2 operation in order to determine the binary digit which is fed into the least significant D flip-flop will.
- a corresponding number of code words and thus increments can be distinguished, which the trolley 4 can measure on the running rail 2 from the beginning of the running rail 2 without having to measure the position the trolley 4 along the running rail 2 ambiguities occur.
- each individual code mark 17, which are of equal length to one another, defines the step length after which the reading stations 19 of the reading device 12 read a new code word when they are exceeded. Based on its position within the table according to FIG. 4, the read code word defines how many steps are necessary to get from the code word zero to the read code word.
- the Evaluation circuit 14 converts the read code word into a binary number, which indicates the number of steps passed since the beginning of code carrier 11.
- a suitable conversion circuit 28 is shown in FIG. 6. It contains a binary comparator 29 with two sets of inputs 31 and 32, which have an input connection for each digit of a multi-digit binary word, in order to be able to check two multi-digit binary words for identity in bit parallel. Depending on the result of this comparison, the level at an output 33 is H or L. In detail, the state is H if the two binary words are different and L if the two binary words are identical.
- the binary word supplied by the reading stations 19, which is fed into the input 31 via the lines 21, is compared with a binary word that a shift register 34 generates at its binary output 35.
- This shift register 34 has the structure explained in detail in FIG. 3 and also its mode of operation.
- the output 35 has a connection which is correspondingly connected to an associated connection of the input 32 on the comparator.
- the signal of the output 33 controls on the one hand a start / stop oscillator 36 at its inhibit input 37 and on the other hand a non-retriggerable monoflop 38 at its trigger input 39.
- the two inputs 37 and 39 are connected to the output 33 via a corresponding line.
- the start-stop oscillator 36 contains a clock output 41, which is connected to a clock input 42 of the shift register 34 and a clock input 43 of a binary counter 44 via corresponding lines.
- both the shift register 34 and the binary counter 44 each have a reset input 45 or 46, both of which are connected to an output 47 of the monoflop 39 via lines.
- the binary counter 44 has a bit-parallel output 48, i.e. a separate output connection for each binary position and is connected to a data input 49 of an output register 51 via parallel data lines. Its bit-parallel output 52 is connected to the conductor lines 22.
- the output register 51 is to be controlled via a load input 53, specifically the binary word at the input 49 is taken over to the output when an L level is present at the input 53.
- the circuit described so far works as follows: as long as the binary word, which is supplied by the reading stations 19 to the input 31, matches the binary word which the shift register 34 feeds into the input 32, the output 33 has an L level. This L level blocks the start / stop oscillator 36 at the inhibit input 37 and also ensures that the output register 51 outputs the same binary word that is fed in at the input 49. If the trolley 4 now travels a distance, namely more than one code mark 17 on the code carrier 11, the code word read by the reading stations 19 changes, which consequently differs from the code generated in the shift register 34 word differs.
- the output 33 of the comparator 29 therefore changes from L to H, whereby on the one hand the start-stop oscillator 36 is released at its inhibit input 37 and on the other hand the monoflop 38 is triggered by the positive edge going to H.
- the monoflop 38 then delivers a short reset pulse to both the counter 44 and the shift register 34, both of which are then brought to the 00000 state.
- the output 52 in the output register 51 is separated from the input 49, so that during the subsequent counting process the old binary number at output 52 is retained.
- the clock pulses from the start / stop oscillator 36 both start to clock the shift register 34 and at the same time count up the counter 44.
- the shift register 34 generates with each fed clock, starting from the code word 00000, each subsequent code word from the table according to FIG. 4, until the generated code word finally matches the code word that the five reading stations 19 deliver.
- the output 33 switches from H to L, which stops the start / stop oscillator 36 and releases the load input 53 of the output register 51.
- the binary number that the binary counter will then appear at the output 52 of the output register 51 44 has reached until there is identity between the two code words, namely the one read by the reading stations 19 and the code word generated by the shift register 34.
- this binary number is one Number of steps that the trolley 4 would have to pass through in order to get from the beginning of the code carrier 11 to the detected position.
- This number of steps is supplied to the central controller 15 via the conductor lines 22.
- the conversion circuit 28 contains a ROM memory 55, into whose address inputs 56 the code word supplied by the reading stations 19 is fed via the lines 21.
- the ROM memory 55 then generates a binary number at its data outputs 57, which indicates the position of the code word in the table according to FIG. 4 and thus the step number at which the trolley 4 is located. The distance of the trolley 4 from the beginning of the code carrier 11 is thus equal to the code mark length multiplied by the step number.
- each reading station 19 therefore contains three equidistantly arranged reading heads 58a, 58b and 58c, which are each formed by a photodiode or a phototransistor in the optically operating reading device 12.
- the reading heads 58a to 58c are arranged equidistantly and since the reading stations 19a to 19e from FIG. 8 are also distributed equidistantly, the distance between immediately adjacent reading heads 58 of adjacent reading stations 19a to 19e is equal to the distance between the reading heads 58 within a reading station 19a to 19e.
- the sets of read heads 58a .. 58c are nested one inside the other, ie all read heads with the reference symbol a belong to the left, those with the reference symbol b to the middle and those with the reference symbol c to the right sentence.
- the selection circuit 61 shown in FIG. 8 contains three conversion circuits 28a to 28c, each of which has the structure shown in FIG. 6 and accordingly each of which also has an input 31a to 31c with five connections each. For example, all the read heads 58a of the adjacent reading stations 19a to 19e are connected to the conversion circuit 28a at the input 31a thereof. This means Tet that every third read head of the total of fifteen read heads, starting with the one on the far left, is connected to the conversion circuit 28a.
- the heads 58b of the reading stations 19a to 19e are connected to the conversion circuit 28b, and finally all reading heads 58c of the reading stations 19a to 19e are connected to the input 31c of the conversion circuit 28c.
- the reading heads 58 are each at a distance from one another which is equal to a third of the length of a code mark 17, six cases can be distinguished from one another when reading five successive code marks 17. First assume that the read heads 58 are above the code marks 17, as shown in FIG.
- the selection circuit 61 therefore has two independently operating binary comparators 62 and 63 with the inputs 64, 65, 66 and 67, each of which can process five bits in parallel in this exemplary embodiment.
- output 52a is connected to input 64, output 52b to input 65 and input 66, and finally output 52c to input 67.
- a multiplexer 68 is provided, which has two inputs 69 and 71, each five bits long, and comprises a five bit output 72.
- the multiplexer 68 is controlled at its two selection inputs 73 and 74, which receive their signal from comparison outputs 75 and 76 of the two binary comparators 62 and 63.
- the two inputs 69 and 71 are connected to the outputs 52a and 52b, as shown, while the selection input 73 is connected to the comparison output 75 and the selection input 74 to the comparison output 76.
- both comparison outputs 75 and 76 are in the H state, which is why the multiplexer 68 switches the input 71 through to the output 72.
- the code carrier 11 has migrated so far that only the two conversion circuits 28c and 28b now provide the same binary number, the output 75 changes to L, while the output 76 remains high. In this case too, the multiplexer 68 switches the input 71 through to the output 72.
- the comparison circuit 61 is provided with two comparators 62 and 63 only because of the simpler understanding, because when setting up the truth table for switching the multiplexer 68 it is not difficult to see that the actuation of the multiplexer 68 is solely dependent on the signal on the Input 74 and thus the binary comparator 63 is dependent. In the case of an optimized circuit, the binary comparator 62 can therefore be omitted and the comparator is only controlled via a single selection input, namely the input 74.
- the binary code shown for the code mark sequence has the advantage of particularly reliable readability. From the representation of the new arrangement, however, it is also easy to see that, instead of binary code marks, higher-value code marks, for example ternary or quaternary, can be used in the same way.
- the entire reading head of the code reading device 12 has a length of at least 16 cm. If, on the other hand, a three-value code was used for addressing instead of a two-value code, a distance of 1771.46 m could be continuously addressed with an 11-digit code word length. At the same time, the read head would only have a length of approx. 11 cm, i.e. would have about two thirds the length of the read head for a 16-digit code with which only a third of the length of the line can be read or addressed.
- the shift register when using a three-value code has the structure shown in FIG. 9 if three-digit code marks are used for reasons of a simplified representation.
- the circuit according to FIG. 9 contains a first modulo-3 adder 79 with two inputs, one of which is constantly supplied with a "1". With its output, the modulo-3 adder 79 is connected to a further modulo-3 adder 81 connected downstream, also with two inputs and one output, which ver with an input of a memory 82 is bound, the content of which corresponds to the position Q1 from the code word.
- the output of the memory 82 is on the one hand via a feedback line 83 at the second input of the modulo-3 adder 81 and also at an input of a downstream memory 84, the output of which is connected to the input of a third memory 85.
- This output of the memory 85 represents the output of the circuit for generating a pseudo random sequence with a three-value code. It is also connected to an input of a modulo-3 multiplier 86, the other input of which is constantly supplied with a "2".
- This modulo-3 multiplier 86 has the property of multiplying the number present at the output of the memory of the memory 85 by two and of making a number falling within the numerical range of the code.
- the modulo-3 multiplier 86 also supplies a "0" at its output, which is fed via a feedback line 87 into the second input of the modulo-3 adder 79 . If the output of the memory 85 delivers a "1”, the modulo-3 multiplier 86 generates a "2" at its output and if the last option the memory 85 contains a "2”, the modulo-3 multiplier 86 generates a "1"".
- each of the connecting lines shown between the modulo-3 adders 79, 81, the memories 82, 84, 85 and the modulo-3 multiplier 86 are multiple lines in order to transfer the numerical values from one circuit to the next. The passing on of the numbers from one memory to the next occurs with every cycle of a clock generator, not shown.
- the code carrier 11 shows how a three-value code can be represented on the code carrier 11.
- the code carrier 11, on which a "0" is to be displayed is transparent, as shown at 88.
- the "2" that is the most significant digit from the set of characters, is read at those points at which the code carrier 11, as in 89, is designed to be opaque.
- the value "1” between the values "0” and "2”, as shown at 91 acquires a lattice structure and transmits an amount of light that corresponds between the full shadowing by a code mark corresponding to a "2" and the full transmission of a code mark representing the "0". Otherwise, as before, all code marks are of the same length.
- the section of the code carrier 11 shown in FIG. 11 thus contains the code marks corresponding to the number sequence 120020101. If one compares this number pattern with the table according to FIG. 10, it is not difficult to see that when the reading head reads the left three numbers, it reads a number 9, which can be obtained with the circuit according to FIG. 9 after the fourth cycle (it should be taken into account that the table can be read from left to right and the numbers on code carrier 11 from right to left). If the read head in FIG. 11 is moved, it detects the number sequence 200, which corresponds to the fifth code word number of the table speaks; etc.
- a possible evaluation electronics for detecting the code marks on the code carrier 11 is shown in a highly schematic manner in a block diagram in FIG.
- the transmissive code carrier 11 extends between a group of light-emitting diodes 92 and a group of photodiodes or phototransistors 93.
- the number of light-emitting diodes 92 for lighting and the number of photodiodes 93 is selected in accordance with the exemplary embodiment explained with reference to FIG. 8 and is 3- times the number of digits that a code word contains. Since a three-digit code is selected in the present case, the number of photodiodes and light-emitting diodes is 9.
- These semiconductor components 92, 93 are acted upon or read out sequentially via multiplexers 94, 95.
- the two multiplexers 94 and 95 are shown schematically as mechanical switches, but, as is common today, they are electronic digital switches.
- the two multiplexers 94 and 95 are controlled via a control line 96 by a central
- the input of the multiplexer 94 is connected to the supply voltage U and allows one of the light-emitting diodes 92 to be lit optionally by switching on the supply voltage.
- the output of the multiplexer 95 is connected via a line 98 to the input of an analog-digital converter 99, which has the task of converting the analog signal supplied on line 98 from the respective photodiode 93 into a digital signal, which, depending on the illuminance of the respective photodiode 93 corresponds to one of the three possible numerical values "0", "1" or "2". Analog-digital converters suitable for this are known and therefore no detailed description needs to be given.
- the analog-digital converter supplies the digital number corresponding to the number read to the central control and evaluation electronics 97 via a line 102.
- the operation of the circuit explained so far is as follows:
- the two multiplexers 94 and 95 are actuated synchronously by the central control and evaluation circuit 97 via the control line 96.
- This activates a pair of light emitting diodes 92 and photodiodes 93 which are opposite each other with respect to the code carrier 11, in the sense that the light diode in question lights up due to the connection to the supply voltage U, while on the other hand the one belonging to this light emitting diode 92 and behind the code carrier 11 located photodiode 93 is switched to the analog-digital converter 99.
- the digital number read in this way is transferred to the central control and evaluation electronics 97, which in turn contains a linear memory which has a memory location for each photodiode 93, which can store numbers between "0" and "2".
- the central control and evaluation electronics 97 contain a complete pattern of the piece of code carrier read. Since, as mentioned, the photodiodes 93 are distributed in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 8, there are three nested numerical values in the associated memory of the control and evaluation electronics, which now correspond, as in connection with FIG. 8 can be described, evaluated and implemented in the corresponding clock pattern. There is also the possibility of first converting the nested numbers obtained into the code word number or measure number and then carrying out the comparison as described in FIG. 8.
- a precedence condition can be provided, insofar as the actual position of the cat 4 is the position that results when two code word numbers are the same or it is the lower of two code word numbers when two decrypted numbers in the code word number are " 1 "differentiate.
- the numerical values can also be color-coded. Color coding allows even higher-quality codes in a simple manner. For example, in the exemplary embodiment according to FIG. 13, a four-value code is shown on the code carrier, the digits of which are encoded via the colors yellow, green, red and blue.
- the circuit arrangement shown in the block diagram in FIG. 14 for reading a color-coded code carrier 11 contains illuminating devices 103 that emit punctiform light and emit white light as possible.
- the number of these lighting devices is again selected in accordance with the teachings in the exemplary embodiment according to FIG. 8 and the distance between the lighting devices is also such that the distance between adjacent lighting devices 103 corresponds to one third of the code mark length.
- the lighting devices 103 are on the input side of the multiplexer 94, which they one after the other with the supply voltage U and thereby lights up.
- On the other side of the code carrier 11 there is an optical system 104 which images all code marks lying within a code word length on a photodetector 105.
- the photodetector 105 consists, for example, of three photodiodes provided with corresponding color filters, so that only that photodiode generates a maximum output signal whose filter color matches the respective color of the code mark. It is also possible to use only three spectral colors red, green and blue as filter colors, the signal then being recognized correspondingly yellow if the photodiode for green light and that for red light deliver approximately the same signal amplitudes.
- the photodetector 105 is connected to a color detector 107 via a plurality of lines 106, and each is connected to the color detector 107 by means of a suitable filter for a photodiode of the photodetector 105 which is sensitized to one of the spectral colors. In the selected example, these are three lines, because the color yellow is determined based on the signals on the lines for red and for green.
- the color detector 107 provides at its output 108 a digital number which belongs to the color read on the code carrier 11 in accordance with the respectively selected table.
- the control and evaluation electronics 97 processes these digital numbers, as explained in connection with FIG. 12.
- the control and evaluation electronics 97 can recognize which “read head” is active, although only one common photo detector 103 is provided for all read heads.
- the photodetector 105 forms, as it were, with one of the light sources 103 a reading head corresponding to the reading heads 58 from FIG. 8.
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Die Vorrichtung enthält einen Codeträger (11), der entlang seiner Längserstreckung mehrwertige Codemarken (17) trägt. Mit dem Codeträger (11) wirkt eine Codelesevorrichtung (12) zusammen, die an der Katze oder dem Fahrwerk (4) des Krans oder der Hängebahn sitzt. Damit bei Verkantungen oder Schiefstellen des Fahrwerkes (4) und damit der Codelesevorrichtung (12) gegenüber dem Codeträger (11) keine fehlerhaften Leseergebnisse entstehen und die Anforderungen and die Lagegenauigkeit des Codeträgers (11) möglichst klein werden, sind die Codemarken (17) auf dem Codeträger (11) einspurig hintereinander angeordnet und in der Weise gebildet, daß die ein Codewort bildenden Codemarken (17), die jeweils unmittelbar nebeneinander liegen, längs des gesamten Codeträgers (11) eindeutig sind.The device contains a code carrier (11) which carries multi-valued code marks (17) along its longitudinal extent. A code reading device (12) interacts with the code carrier (11) and sits on the cat or the undercarriage (4) of the crane or the monorail. To ensure that there are no incorrect reading results when the chassis (4) and the code reading device (12) are tilted or skewed compared to the code carrier (11) and the requirements for the positional accuracy of the code carrier (11) are as small as possible, the code marks (17) are on the Code carrier (11) arranged in a single track one behind the other and formed in such a way that the code marks (17) forming a code word, which are each directly adjacent to one another, are unique along the entire code carrier (11).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsmessung bei Kran- und Elektrohängebahnen, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention relates to a device for position measurement in crane and electric monorails, according to the features of the preamble of
Aus der DE-OS 34 45 830 ist eine Positioniereinrichtung für eine Förderanlage bekannt, bei der an einem Portalkran zwei Laser angeordnet sind, die am Boden angebrachte Referenzelemente abtasten. Die Referenzelemente bestehen aus zwei zueinander in einem bestimmten Abstand und einer bestimmten Richtung angeordneten Markierungsflächen. Die eine der Markierungsflächen besitzt eine langgestreckte streifenähnliche Gestalt und wird durch den einen Laserstrahl abgetastet, während die andere Markierungs fläche eine sehr kleine Flächenausdehnung hat und durch den zweiten Laserstrahl erfaßt wird. Beide Markierungsflächen sind so angeordnet, daß erst beim Erreichen einer gewünschten Position beide durch die jeweiligen Laserstrahlen zu erfassen sind.From DE-OS 34 45 830 a positioning device for a conveyor system is known, in which two lasers are arranged on a gantry crane, which scan reference elements attached to the floor. The reference elements consist of two marking areas arranged at a certain distance from one another and in a certain direction. One of the marking areas has an elongated strip-like shape and is scanned by a laser beam, while the other marking area has a very small area and is detected by the second laser beam. Both marking areas are arranged in such a way that only when a desired position is reached both can be detected by the respective laser beams.
Mit dieser Anordnung können nur bestimmte, durch die Markierungsflächen festgelegte Positionen im Arbeitsbereich der Förderanlage angesteuert werden. Andernfalls wäre der Boden unter dem Kran vollständig durch die Markierungsflächen bedeckt und dieser Platz würde zum Abstellen von Lasten ausfallen. Außerdem ist mit der bekannten Positioniereinrichtung nur das Anfahren von Endpositionen möglich.With this arrangement, only certain positions defined by the marking areas in the working area of the conveyor system can be controlled. Otherwise, the floor under the crane would be completely covered by the marking areas and this space would be lost for placing loads. In addition, with the known positioning device it is only possible to move to end positions.
Aus "Steuern und Regeln im Maschinenbau" 3. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, sind codierte Weggeber bekannt, mit denen Strecken absolut meßbar sind. Dabei wird eine Codelesevorrichtung an einem Codeträger entlangbewegt und die auf dem Codeträger befindlichen Codemarken werden durch Leseköpfe abgetastet. Mehrere Codemarken bilden auf dem Codeträger ein Codewort, das ein direktes Maß für den von der Codelesevorrichtung von einem festen Bezugspunkt aus zurückgelegten Weg darstellt.Coded position sensors are known from "Controls and Regulations in Mechanical Engineering" 3rd edition, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, with which distances can be measured absolutely. A code reading device is moved along a code carrier and the code marks located on the code carrier are scanned by reading heads. Several code marks form a code word on the code carrier, which is a direct measure of the distance traveled by the code reading device from a fixed reference point.
Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Codemarken eines Codewortes auf mehrere Spuren aufgeteilt, die längs dem Codeträger nebeneinander liegen. Es muß deswegen sorgfältig darauf geachtet werden, daß die Spuren taktgenau nebeneinander liegen und außerdem dürfen die Leseköpfe, die quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander aufgereiht sind, keinen Versatz gegenüber den Taktspuren aufweisen. Wenn ein solcher Versatz beispielsweise durch Schrägstellen auftritt, entsteht ein sogenannter Skewfehler und es werden gemischt Codemarken aus nebeneinander liegenden Codeworten gelesen, was zu entsprechenden Fehlern führt. Ein solches Meßsystem ist deswegen vorzugsweise auf Anwendungen beschränkt, bei denen die räumlichen Abmessungen gering sind und sich eine sorgfältige Führung der Leseköpfe gegenüber dem Codeträger erreichen läßt. Im Kranbau muß mit großen Toleranzen gearbeitet werden, was die Verwendung einer solchen Meßeinrichtung unmöglich macht.In this known device, the code marks of a code word are divided into several tracks which lie alongside one another along the code carrier. For this reason, care must be taken to ensure that the tracks lie next to each other with the exact clock and, moreover, the read heads, which are lined up next to one another transversely to the direction of movement, must have no offset with respect to the clock tracks. If such an offset occurs, for example due to skewing, a so-called skew error occurs and mixed code marks are read from adjacent code words, which leads to corresponding errors. Such a measuring system is therefore preferably limited to applications in which the spatial dimensions are small and one careful guidance of the reading heads towards the code carrier can be achieved. Large tolerances must be used in crane construction, which makes the use of such a measuring device impossible.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Positionsmessung zu schaffen, mit der eine Wegstrecke mit einer hohen Meßgenauigkeit bestimmbar ist und die unempfindlich gegen Verkanten oder Verkippen der Codelesevorrichtung gegenüber dem Codeträger ist.The object of the invention is therefore to provide a device for position measurement with which a distance can be determined with a high degree of measurement accuracy and which is insensitive to tilting or tilting of the code reading device with respect to the code carrier.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the device with the features of
Da bei der neuen Vorrichtung nur eine einzige Codespur auf dem Codeträger vorhanden ist, ist die Anordnung weitgehend unempfindlich gegen Verkippungen oder Schräglagen zwischen der Lesevorrichtung und dem Codeträger, denn unabhängig von der Schräglage wird von der Lesevorrichtung immer dasselbe Codewort ausgelesen, vorausgesetzt, die Schräglage ist nicht so extrem, daß die Lesevorrichtung neben dem Codeträger liest. Auch spielt ein Höhenversatz des Codeträgers praktisch keine Rolle, was die Anbringung des Codeträgers an der Laufschiene wesentlich vereinfacht, da keine so hohen Anforderungen an die Lagegenauigkeit gestellt werden.Since in the new device there is only a single code track on the code carrier, the arrangement is largely insensitive to tilting or slanting between the reading device and the code carrier, because regardless of the slanting position, the same code word is always read out by the reading device, provided that the sloping position is not so extreme that the reading device reads next to the code carrier. Also, a height offset of the code carrier is practically irrelevant, which considerably simplifies the attachment of the code carrier to the running rail, since there are no such high demands on the positional accuracy.
Infolge der Verwendung von Codeworten, die längs dem Codeträger nur ein einziges Mal auftreten, läßt sich ohne Bewegungen der Katze odr des Fahrwerks auch nach einem Anlagenausfall sofort feststellen, wo sich das betreffende Fahrwerk bzw.die entsprechende Katze befindet. Dies ist insbesondere bei der Anwendung in Hochregallagern von Bedeutung, da dort ein Irrtum über den wahren Standort des Fahrwerks erhebliche Schäden hervorrufen kann. Auch ist es in einem Hochregallager praktisch nicht möglich, zunächst zur Standortermittlung des Fahrwerks Fahrbewegungen durchzuführen, denn hierbei können bereits Schäden hervorgerufen werden.As a result of the use of code words which occur only once along the code carrier, it is immediately possible to determine where the relevant chassis or the corresponding cat is located, even without a movement of the trolley or the chassis, even after a system failure. This is particularly important when used in high-bay warehouses because there an error about the true location of the undercarriage can cause considerable damage. Also, in a high-bay warehouse, it is practically not possible to first carry out travel movements to determine the location of the undercarriage because this can already cause damage.
Codemarkenfolgen, die die oben erwähnte Eigenschaft besitzen, längs des Codeträgers einmalig zu sein, lassen sich am einfachsten nach der Theorie der Primitivpolynome mit Hilfe von rückgekoppelten Schieberegistern generieren. Die Eindeutigkeit jedes einzelnen Codewortes ist, wie die Zahlentheorie beweist, auf diese Weise gewährleistet.Code mark sequences that have the above-mentioned property of being unique along the code carrier are easiest to generate according to the theory of primitive polynomials with the aid of feedback shift registers. In this way, the uniqueness of each code word is guaranteed, as the number theory shows.
Um möglichst schnell und ohne jegliche Bewegungen die Position ermitteln zu können, enthält die Codelesevorrichtung je Stelle des Codewortes einen Lesekopf, d.h. bei einem zehnstelligen Codewort sind zehn Leseköpfe nebeneinander angeordnet, wobei ihr relativer Abstand gleich der Länge einer Codemarke auf dem Codeträger ist.In order to be able to determine the position as quickly as possible and without any movements, the code reading device contains a reading head for each position of the code word, i.e. in the case of a ten-digit code word, ten read heads are arranged next to one another, their relative distance being equal to the length of a code mark on the code carrier.
Um ohne zusätzliche mechanische Mittel feststellen zu können, ob das von den Leseköpfen gelieferte Codewort ein wahres Codewort ist oder dadurch verfälscht ist, daß einer oder mehrere der Leseköpfe bereits in der nächsten Codemarke stehen, während andere Leseköpfe noch vorhergehende Codemarken lesen, sind drei Sätze von Leseköpfen vorgesehen, die ineinander verschachtelt angeordnet sind. Dabei dienen zwei unmittelbar benachbarte Sätze von Leseköpfen zum Generieren des Codewortes, während der dritte Satz die Entscheidungshilfe liefert, welcher der beiden Sätze von Leseköpfen möglicherweise mit einem Fehler behaftet und welcher fehlerfrei liest.In order to be able to determine without additional mechanical means whether the code word supplied by the read heads is a true code word or is falsified by the fact that one or more of the read heads are already in the next code mark, while other read heads are still reading previous code marks, are three sets of Read heads are provided, which are nested. Two immediately adjacent sets of read heads are used to generate the code word, while the third set provides the decision-making aid as to which of the two sets of read heads may have an error and which reads without errors.
Da die von dem Codeträger abgelesenen Codeworte beim fortlaufenden Fahren der Katze keineswegs lexikografisch geordnet sind, wenn die Codeworte als Binärzahl aufgefaßt werden, ist es zweckmäßig, das Codewort in eine Binärzahl zu konvertieren, die der Nummer des Codewortes innerhalb der generierenden Codefolgentabelle entspricht. Die Ermittlung der Katzpostition ist dann nach der Konvertierung Produkt aus der Codemarkenlänge mit der Nummer des gelesenen Codewortes, bezogen auf den Tabellenanfang, der mit dem Codeträgeranfang übereinstimmt.Since the code words read from the code carrier are in no way lexicographically arranged when the cat is continuously driving, if the code words are interpreted as a binary number, it is expedient to convert the code word into a binary number which corresponds to the number of the code word within the generating code sequence table. After the conversion, the determination of the cat position is then the product of the code mark length with the number of the code word read, based on the start of the table, which corresponds to the start of the code carrier.
Neben der oben erwähnten rein elektronisch arbeitenden Überwachung der Leseköpfe auf mögliche Lesefehler sind auch elektromechanische Lösungen denkbar, bei denen eine der Laufrollen ein Taktsignal liefert, das festlegt, wann die von den Leseköpfen gelieferte Information eine richtige Information ist und wann die Leseköpfe ungünstig über Codemarkengrenzen stehen.In addition to the above-mentioned purely electronic monitoring of the reading heads for possible reading errors, electromechanical solutions are also conceivable, in which one of the rollers delivers a clock signal that determines when the information supplied by the reading heads is correct information and when the reading heads are unfavorably above code mark boundaries .
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Krananordnung mit einem Positionsmeßsystem gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung,
- Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Laufschiene des Krans nach Fig. 1 unter Veranschaulichung des Codeträgers und der damit zusammenwirkenden Codelesevorrichtung,
- Fig. 3 ein fünfstelliges rückgekoppeltes Schieberegister zur Erzeugung einer Pseudozufallszahlenfolge, bei der innerhalb der Folge jede Zahl nur einmal auftritt,
- Fig. 4 die mit dem Schieberegister nach Fig. 3 nacheinander zu erzeugenden Codeworte oder -zahlen mit der zugehörigen Nummer,
- Fig. 5 eine Tabelle möglicher Primitivpolynome für längere oder kürzere Schieberegister zum Erzeugen von Pseudozufallszahlen,
- Fig. 6 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Umwandlung des gelesenen Codewortes in die Nummer des Codewortes mit Hilfe eines Schieberegisters nach Fig. 3 sowie eines Binärzählers,
- Fig. 7 das Blockschaltbild einer Konvertierungsschaltung zur Umwandlung eines gelesenen Codewortes in dessen Nummer mit Hilfe eines ROM-Speichers,
- Fig. 8 das Blockschaltbild einer beispielhaften Auswahlschaltung zur Ermittlung desjenigen Satzes von Leseköpfen, der eine eindeutige Lage gegenüber dem Codeträger aufweist und ein wahres Codewort liest,
- Fig. 9 ein dreistellig rückgekoppeltes Schieberegister zur Erzeugung einer Pseudozufallszahlenfolge, mit einem dreiwertigen Code, wobei innerhalb der Folge jede Zahl nur einmal auftritt,
- Fig.10 die mit dem Schieberegister nach Fig. 9 nacheinander zu erzeugenden Codeworte oder -zahlen mit zugehörigen Nummern,
- Fig.11 einen Codemarkenträger, bei dem ein dreiwertiger Code durch Grauwerte verschlüsselt ist,
- Fig.12 in Blockschaltbild für eine Codelesevorrichtung zum Lesen des Codeträgers nach Fig. 11,
- Fig.13 einen Codeträger mit farbiger Verschlüsselung der Codemarkenwerte und
- Fig.14 ein Blockschaltbild für eine Codelesevorrichtung mit farbiger Verschlüsselung der Werte der Codemarken.
- 1 is a perspective view of a crane arrangement with a position measuring system according to the invention,
- 2 shows a section of the running rail of the crane according to FIG. 1, illustrating the code carrier and the code reading device interacting therewith,
- 3 shows a five-digit feedback shift register for generating a pseudo-random number sequence in which each number occurs only once within the sequence,
- 4 the code words or numbers to be generated in succession with the shift register according to FIG. 3 with the associated number,
- 5 shows a table of possible primitive polynomials for longer or shorter shift registers for generating pseudo random numbers,
- 6 shows the block diagram of a circuit arrangement for converting the read code word into the number of the code word with the aid of a shift register according to FIG. 3 and a binary counter,
- 7 shows the block diagram of a conversion circuit for converting a read code word into its number with the aid of a ROM memory,
- 8 shows the block diagram of an exemplary selection circuit for determining that set of reading heads which has an unambiguous position relative to the code carrier and reads a true code word,
- 9 shows a three-digit feedback shift register for generating a pseudo-random number sequence, with a three-value code, each number occurring only once within the sequence,
- 10 the code words or numbers to be generated in succession with the shift register according to FIG. 9, with associated numbers,
- 11 shows a code mark carrier in which a three-value code is encrypted by gray values,
- 12 is a block diagram for a code reading device for reading the code carrier according to FIG. 11,
- 13 shows a code carrier with color coding of the code mark values and
- 14 shows a block diagram for a code reading device with color coding of the values of the code marks.
In Fig. 1 ist ein mit 1 bezeichneter Kran mit einem Ausleger 2 veranschaulicht, der eine horizontal sich erstreckende Laufschiene 2 in Gestalt eines I-Profils aufweist, die einenends aus einer nicht näher veranschaulichten Wand 3 auskragt. Längs der Laufschiene 2 kann ein als Laufkatze 4 ausgebildetes Förderelement laufen, das in Längsrichtung der Laufschiene 2 mittels Laufrollen 5 längsverfahrbar ist, von denen wenigstens eine mittels einer nicht erkennbaren Antriebsvorrichtung antreibbar ist. Die Laufkatze 4 ist zum Anheben und Absenken von Lasten 6 mit einem üblichen Hebezeug 7 versehen, an dessen Zugmittel 8 die Last 6 anzuhängen ist.In Fig. 1, a crane designated 1 with a
An dem Steg 9 der I-förmigen Laufschiene 2 ist ein Codeträger 11 befestigt, der sich über die gesamte Länge der verkürzt dargestellten Laufschiene 2 erstreckt. Mit diesem Codeträger 11 wirkt eine Codelesevorrichtung 12 zusammen, die sich an der Laufkatze 4 befindet und somit an dem Codeträger 11 vorbeiläuft, wenn sich die Laufkatze 4 längs der Laufschiene 2 bewegt. Die Codelesevorrichtung 12 ist über eine Leitung 13 mit einer Auswerteelektronik 14 verbunden, die über Schleifkontakte und Stromschienen, die auf der gegenüberliegenden Seite des Steges 9 angebracht sind, die ermittelten Daten an eine zentrale Steuerschaltung 15 weiterleiten. Die Steuerschaltung 15 setzt entsprechend der erreichten Position die Antriebsvorrichtung der Laufkatze 4 still oder in Gang. Die Stromschienen für die Antriebseinrichtung befinden sich ebenfalls auf der Rückseite des Steges 9 und sind deswegen wiederum nicht erkennbar.A
In Fig. 2 ist vergrößert und stark schematisiert ein Stück des Steges 9 im Ausschnitt dargestellt. Hiernach besteht der Codeträger 11 aus einer länglichen Leiste 10, die auf dem Steg 9 befestigt ist und über die gesamte Länge der Laufschiene 2 durchgeht. Bei größeren Längen der Laufschiene 2 ist der Codeträger 11 aus mehreren stumpf und ohne Zwischenraum aneinanderstoßenden Leisten 10 gebildet. Auf dieser Leiste 10 sind gleich große rechteckige Felder 16 zu erkennen, die die einzelnen Codemarken 17 symbolisieren.Diese Felder 16 sind, wie das Feld 16′, entweder undurchsichtig oder, wie das Feld 16˝, durchsichtig, womit zwei unterschiedliche Werte null und eins darstellbar sind. Beispielsweise ist an dem undurchsichtigen Feld 16′ der Wert null und an dem durchsichtigen Feld 16˝ der Wert eins zugeordnet.In Fig. 2, a piece of the
Abgetastet oder gelesen wird der Codeträger 11 mittels der Codelesevorrichtung 12, die gegenüber der Oberseite des Codeträgers 11 Lampen 18 und gegenüber der Unterseite Lesestationen 19 trägt. Sowohl die Lesestationen 19 als auch die Lampen 18 sind auf einem gemeinsamen Rahmen 20 gehaltert, der mit der Laufkatze 4 verbunden ist und beim Fahren der Laufkatze 4 parallel zu dem Codeträger 11 längs mitbewegt wird. Jede der Lesestationen 19 - im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies fünf - ist über Verbindungsleitungen 21 mit der Auswerteschaltung 14 verbunden, die ihre Daten über Schleifleitungen 22 an die zentrale Steuerung 15 meldet.The
Bei dem gezeigten Codeträger 11 handelt es sich um einen sogenannten transmissiven Codeträger, der je nach der Wertigkeit der Codemarke mehr oder weniger Licht von der Beleuchtungseinrichtung zu der Lesestation durchläßt. Anstelle des transmissiven Codeträgers 11 kann auch ein reflexiver Codeträger eingesetzt werden, wobei sich dann die Beleuchtungseinrichtung und die Lesestationen auf derselben Seite des Codeträgers 11 befinden und die Lesestation das von dem reflexiven Codeträger reflektierte Licht auswertet, um je nach den Reflexionsverhältnissen an der entsprechenden Marke eine digitale Null oder eine digitale Eins zu generieren.The
Wesentlich ist bei der neuen Anordnung, daß die Codemarken 16 in einer Spur oder Zeile hintereinander längs der Fahrschiene 2 ohne Lücken angeordnet sind, womit Verkantungen und Schrägstellen der in einer Reihe nebeneinander in Längsrichtung des Codeträgers 11 angeordneten Lesestationen 19 nicht zu Lesefehlern führen können.It is essential in the new arrangement that the code marks 16 are arranged in a track or line one behind the other along the
Mit fünf Lesestationen 19 läßt sich eine fünfstellige Binärzahl lesen; ihr größter Wert beträgt 31, so daß insgesamt 32 unterschiedliche Zahlenwerte unterschieden werden können. Allgemein ausgedrückt, können N = xm unterschiedliche Zahlen dargestellt werden, wobei x die Wertigkeit einer Zahlenstelle und m die Anzahl der Zahlenstellen ist. Die größte darstellbare Zahl ist demnach N = xm-1. Je größer also die Anzahl der Lesestationen 18 ist, umso mehr unterschiedliche Zahlen und damit Positionen der Laufkatze 4 können voneinander unterschieden werden bzw. umso länger kann die Laufschiene 2 sein, wenn das Auflösungsvermögen der Positioniergenauigkeit der Laufkatze 4 nicht ver schlechtert werden soll. Das Auflösungsvermögen der Positioniergenauigkeit ergibt sich im wesentlichen aufgrund der Erstreckung einer Codemarke 17 in Längsrichtung der Laufschiene 2, da innerhalb einer Codemarke die Lesestation 19 beliebig stehen kann, ohne daß sich die abgelesene Ziffer verändert.A five-digit binary number can be read with five
Es versteht sich, daß aus diesem Grund in der Praxis eine weit höhere Anzahl von Lesestationen 19 verwendet wird, um bei den in der Praxis vorkommenden Längen von Laufschienen 2 eine Positioniergenauigkeit von beispielsweise 1 cm erreichen zu können. Die gezeigte Anzahl von Lesestationen 19 ist darum nur beispielhaft und deswegen so niedrig, damit das Verständnis nicht unnötig kompliziert wird.It is understood that for this reason a much higher number of reading
Um mit den in einer Spur hintereinander angeordneten Codemarken 17,von denen jeweils fünf unmittelbar benachbarte gleichzeitig gelesen werden, eindeutig die Stellung der Laufkatze 4 längs der Laufschiene 2 lesen zu können, muß längs der Laufschiene 2 jede beliebige Gruppe von fünf nebeneinanderliegenden Codemarken 17 eindeutig sein, d.h. diese Gruppe darf längs der Laufschiene 2 nur ein einziges Mal auftreten. Nachfolgend wird für eine Gruppe von fünf nebeneinanderliegenden Codemarken der Begriff Codewort verwendet.In order to be able to clearly read the position of the
Zahlenfolgen, die die obige Bedingung erfüllen, daß jede Zahl innerhalb der Folge lediglich ein einziges Mal auftritt, sind sogenannte Pseudozufallszahlen. Sie lassen sich nach der Theorie der "Primitiv-Polynome" mit Hilfe eines linear rückgekoppelten Schieberegisters erzeugen, dessen Anzahl von Stellen der Anzahl der Stellen in dem binären Codewort entspricht.Sequences of numbers that meet the above condition that each number occurs only once in the sequence are so-called pseudo-random numbers. According to the theory of "primitive polynomials", they can be generated with the aid of a linear feedback shift register, the number of digits of which corresponds to the number of digits in the binary code word.
Anhand von Fig. 3 ist für einen fünfstelligen Code das erzeugende Schieberegister dargestellt. Es enthält insgesamt fünf D-Flipflops 23a...23e, deren Takteingänge 24 parallelgeschaltet sind, so daß sie gleichzeitig ihren Zustand ändern.Welchen Zustand sie jeweils nach dem Taktimpuls annehmen, hängt davon ab, welchen Zustand der Q-Ausgang des jeweils vorhergehenden Flipflops 23a...23e hatte, denn der D-Eingang des Flipflops 23a ist mit dem Q-Ausgang des Flipflops 23b verbunden, der D-Eingang des Flipflops 23b mit dem Q-Ausgang des Flipflops 23c usw., bis hin zu dem Flipflop 23e. An dessen D-Eingang liegt ein modulo-2 Addierer 25 mit drei Eingängen 26, von denen der eine mit dem Q-Ausgang des Flipflops 23d und der andere mit dem Q-Ausgang des Flipflops 23a verbunden ist, während in den dritten schließlich ständig eine binäre Eins eingespeist wird. Ein modulo-2 Addierer 25 hat die Eigenschaft, daß sein Ausgang dann und nur dann eine logische Eins abgibt, wenn eine ungerade Anzahl seiner Eingangsanschlüsse im Zustand logisch eins ist.3 shows the shift register which is generated for a five-digit code. It contains a total of five D flip-
Wenn nun vor dem Eingeben des ersten Taktimpulses sämtliche D-Flipflops 23a...23e zurückgesetzt sind, d.h. an ihrem Q-Ausgang liegt ein L-Signal an, dann sind zwei der Eingänge 26 des modulo-2 Addierers 25 auf ebenfalls L, während der dritte Eingang ein H-Signal bekommt, womit auch der Ausgang des modulo-2 Addierers 25 einen H-Pegel führt, der dem D-Eingang des Flipflops 23e zugeführt wird. Nach dem Verschwinden des Taktimpulses ist deswegen das Flipflop 23e im Zustand eins, während die übrigen Flipflops nach wie vor im Zustand null sind. Nach dem zweiten Taktimpuls sind die beiden Flipflops 23e und 23d im Zustand ein, während die übrigen Flipflops nach wie vor den Zustand null haben. Da jetzt der modulo-2 Addierer 25 an zweien seiner Eingänge 26 ein H-Signal bekommt, wechselt sein Ausgang auf L, d.h. mit dem nächsten Taktimpuls zieht das Schieberegister eine Null herein und es ist das Flipflop 23e im Zustand null. Die beiden Flipflops 23c und 23d sind im Zustand eins, während schließlich die Flipflops 23a und 23b wiederum den Zustand null haben. Die weiteren Zustände, die die Flipflops 23a...23e bei den weiteren aufeinanderfolgenden Takten annehmen können, ist in der Tabelle aus Fig. 4 dargestellt. Ersichtlicherweise tritt innerhalb einer Periodenlänge von insgesamt 31 Zahlen jede fünfstellige Binärzahl nur einmal auf. Wenn man nun, ausgehend von der Binärzahl null mit fünf hintereinanderstehenden binären Nullen, das jeweils letzte Ergebnis nach links um jeweils diejenige Binärziffer verlängert, die an dem Q-Ausgang des Flipflops 23e nacheinander entsteht, so erhält man schließlich eine Folge aus 35 Binärziffern, wobei jeweils fünf aufeinanderfolgende Binärziffern eines der Codeworte bzw. Binärzahlen aus der Tabelle nach Fig. 4 bilden. Damit läßt sich aufgrund des aus dem so erzeugten Binärstring herausgehenden Codewortes eineindeutig erkennen, um das wievielte Codewort aus der Tabelle nach Fig. 4 es sich handelt, bzw. wieviele Schritte notwendig sind, um von dem Codewort "O" zu dem jeweiligen Codewort zu kommen.If all D flip-
Wenn die gemäß der obigen Beschreibung generierte Folge von binären Einsen und Nullen auf dem Codeträger 11 als Codemarken 16 in Gestalt einer Hell-/Dunkelmarkierung aufgebracht werden, wie dies in Fig. 2 von links nach rechts, also spiegelbildlich zu der Tabelle nach Fig. 4 geschehen ist, läßt sich aufgrund des gelesenen Codewortes eineindeutig feststellen, wo sich die Laufkatze 4 längs der Laufschiene 2 befindet. Mittels des gelesenen Codewortes läßt sich feststellen, um das wieviele Codewort aus der Tabelle nach Fig. 4 es sich handelt, d.h. wieviele Schritte oder Codewortänderungen notwendig waren, um zu dem betreffenden Codewort zu gelangen. Die Schrittlänge entspricht dabei der Länge einer Codemarke; also ist die Entfernung der Laufkatze 4 von dem Anfang des Codeträgers 11 gleich der Länge einer Codemarke 17 multipliziert mit der Stellung des Codewortes in der Tabelle.If the sequence of binary ones and zeros generated according to the above description is applied to the
Fig. 5 enthält eine Tabelle, die angibt, welche Länge das Schieberegister nach Fig. 3 haben muß und wie die einzelnen Ausgänge des Schieberegisters in der modulo-2 Operation verknüpft werden müssen, um die Binärziffer festzulegen, die in das niedrigstwertige D-Flipflop eingespeist werden. Je nach gewählter Schieberregisterlänge, die der Anzahl der Lesestationen 19 an der Laufkatze 4 entspricht, können entsprechend viele Codeworte und damit Inkremente unterschieden werden, die die Laufkatze 4 auf der Laufschiene 2 gemessen ab dem Anfang der Laufschiene 2 zurücklegen kann, ohne daß bei der Positionsmessung der Laufkatze 4 längs der Laufschiene 2 Mehrdeutigkeiten auftreten.FIG. 5 contains a table which indicates the length of the shift register according to FIG. 3 and how the individual outputs of the shift register must be linked in the modulo-2 operation in order to determine the binary digit which is fed into the least significant D flip-flop will. Depending on the selected slide register length, which corresponds to the number of reading
Wie sich aus dem Obigen ergibt, legt die Länge jeder einzelnen Codemarke 17, die untereinander gleich lang sind, die Schrittlänge fest, nach der beim Überschreiten die Lesestationen 19 der Lesevorrichtung 12 ein neues Codewort lesen. Das gelesene Codewort definiert aufgrund seiner Stellung innerhalb der Tabelle nach Fig. 4, wieviel Schritte notwendig sind, um von dem Codewort null zu dem gelesenen Codewort zu kommen.As can be seen from the above, the length of each
Da für die weitere Steuerung der Laufkatze 4 die Schrittanzahl leichter zu verarbeiten ist als das gelesene pseudozufällige Codewort,erfolgt in der Auswerteschaltung 14 eine Umsetzung des gelesenen Codewortes in eine Binärzahl, die die Anzahl der seit dem Anfang des Codeträgers 11 überfahrenen Schritte angibt. Eine hierfür geeignete Konvertierungsschaltung 28 ist in Fig. 6 gezeigt. Sie enthält einen binären Komparator 29 mit zwei Sätzen von Eingängen 31 und 32, die für jede Stelle eines mehrstelligen Binärwortes einen Eingangsanschluß aufweisen, um bitparallel zwei mehrstellige Binärworte auf Identität überprüfen zu können. Je nach dem Ergebnis dieses Vergleiches ist der Pegel an einem Ausgang 33 H oder L. Im einzelnen ist der Zustand H, wenn die beiden Binärworte unterschiedlich sind und L, wenn die beiden Binärworte identisch sind.Since the number of steps is easier to process than the read pseudo-random code word for the further control of the
Mit Hilfe des Komparators 29 wird das von den Lesestationen 19 gelieferte Binärwort, das über die Leitungen 21 in den Eingang 31 eingespeist wird, mit einem Binärwort verglichen, das ein Schieberegister 34 an seinem Binärausgang 35 erzeugt. Dieses Schieberegister 34 hat den in Fig. 3 im einzelnen erläuterten Aufbau und auch dessen Funktionsweise. Für jede Binärstelle in dem Binärwort hat der Ausgang 35 einen Anschluß, der entsprechend mit einem zugehörigen Anschluß des Eingangs 32 an dem Komparator verbunden ist.With the aid of the
Das Signal des Ausgangs 33 steuert einerseits einen Start-/Stoposzillator 36 an seinem Inhibiteingang 37 und andererseits ein nicht retriggerbares Monoflop 38 an dessen Triggereingang 39. Die beiden Eingänge 37 und 39 sind über eine entsprechende Leitung mit dem Ausgang 33 verbunden.The signal of the
Der Start-Stoposzillator 36 enthält einen Taktausgang 41, der mit einem Takteingang 42 des Schieberegisters 34 sowie einem Takteingang 43 eines Binärzählers 44 über entsprechende Leitungen in Verbindung steht. Zum Rücksetzen haben sowohl das Schieberegister 34 als auch der Binärzähler 44 jeweils einen Rücksetzeingang 45 bzw. 46, die beide über Leitungen mit einem Ausgang 47 des Monoflops 39 verschaltet sind.The start-
Der Binärzähler 44 hat einen bitparallelen Ausgang 48, d.h. für jede Binärstelle einen eigenen Ausgangsanschluß und ist über parallele Datenleitungen mit einem Dateneingang 49 eines Ausgangsregisters 51 verbunden. Dessen bitparalleler Ausgang 52 ist an die Schleifleitungen 22 angeschlossen. Das Ausgangsregister 51 ist über einen Loadeingang 53 zu steuern, und zwar wird das Binärwort an dem Eingang 49 an den Ausgang übernommen, wenn an dem Eingang 53 ein L-Pegel anliegt.The
Die insoweit beschriebene Schaltung arbeitet folgendermaßen: Solange das Binärwort, das von den Lesestationen 19 an den Eingang 31 geliefert wird, mit dem Binärwort übereinstimmt, das das Schieberegister 34 in den Eingang 32 einspeist, hat der Ausgang 33 L-Pegel. Dieser L-Pegel sperrt an dem Inhibiteingang 37 den Start-/Stoposzillator 36 und sorgt außerdem dafür, daß an dem Ausgangsregister 51 der Ausgang 52 dasselbe Binärwort abgibt, das an dem Eingang 49 eingespeist wird. Wenn nun die Laufkatze 4 ein Stück weit fährt, und zwar mehr als eine Codemarke 17 auf dem Codeträger 11 lang ist, ändert sich das von den Lesestationen 19 gelesene Codewort, das sich folglich von dem in dem Schieberegister 34 erzeugten Code wort unterscheidet. Der Ausgang 33 des Komparators 29 wechselt deswegen von L nach H, wodurch einerseits der Start-Stoposzillator 36 an seinem Inhibiteingang 37 freigegeben wird und andererseits das Monoflop 38 durch die nach H gehende positive Flanke getriggert wird. Das Monoflop 38 liefert daraufhin einen kurzen Rücksetzimpuls sowohl an den Zähler 44 als auch an das Schieberegister 34, die daraufhin beide in den Zustand 00000 gebracht werden.Gleichzeitig wird in dem Ausgangsregister 51 der Ausgang 52 von dem Eingang 49 abgetrennt, damit während des nachfolgenden Zählvorganges die alte Binärzahl an dem Ausgang 52 erhalten bleibt.The circuit described so far works as follows: as long as the binary word, which is supplied by the reading
Sobald der Rücksetzimpuls des Monoflops 38 abgeklungen ist, beginnen die Taktimpulse aus dem Start-/Stoposzillator 36 sowohl das Schieberegister 34 zu takten als auch gleichzeitig den Zähler 44 hochzuzählen. Das Schieberegister 34 erzeugt mit jedem eingespeisten Takt,ausgehend von dem Codewort 00000 nun jedes nachfolgende Codewort aus der Tabelle nach Fig. 4, und zwar so lange, bis schließlich das erzeugte Codewort mit dem Codewort übereinstimmt, das die fünf Lesestationen 19 liefern. Wenn dieser Zustand erreicht ist, schaltet der Ausgang 33 von H nach L, wodurch der Start-/Stoposzillator 36 angehalten wird und der Loadeingang 53 des Ausgangsregisters 51 freigegeben wird.An dem Ausgang 52 des Ausgangsregisters 51 wird daraufhin diejenige Binärzahl erscheinen, die der Binärzähler 44 erreicht hat, bis zwischen den beiden Codeworten, nämlich dem von den Lesestationen 19 gelesenen mit dem vom Schieberegister 34 erzeugten Codewort Identität besteht. Diese Binärzahl ist, wie sich aus der oberen Beschreibung ergibt, diejenige Schrittzahl, die die Laufkatze 4 durchlaufen müßte, um von dem Anfang des Codeträgers 11 bis zu der erfaßten Position zu gelangen.As soon as the reset pulse of the
Über die Schleifleitungen 22 wird diese Schrittanzahl an die zentrale Steuerung 15 geliefert.This number of steps is supplied to the
Da dieser Zählvorgang in einer wesentlich kürzeren Zeit abläuft als diejenige, die die Laufkatze 4 benötigt, um die Distanz der Codemarkenlänge zurückzulegen, d.h. einen unterscheidbaren Schritt zurückzulegen, werden über die Schleifleitung 22 jeweils die aktuellen Schrittnummern an die zentrale Steuerung 15 gemeldet.Since this counting process takes place in a much shorter time than that which the
Eine andere Möglichkeit zur Umwandlung des jeweils gelesenen Codewortes in die Schrittnummer zeigt Fig. 7. Hierbei enthält die Umwandlungsschaltung 28 einen ROM-Speicher 55, in dessen Adresseneingänge 56 über die Leitungen 21 das von den Lesestationen 19 gelieferte Codewort eingespeist wird. Der ROM-Speicher 55 generiert daraufhin an seinen Datenausgängen 57 eine Binärzahl, die die Stellung des Codewortes in der Tabelle nach Fig. 4 und damit die Schrittnummer angibt, an der sich die Laufkatze 4 befindet. Damit ist die Entfernung der Laufkatze 4 von dem Anfang des Codeträgers 11 gleich der Codemarkenlänge multipliziert mit der Schrittnummer.Another possibility for converting the respectively read code word into the step number is shown in FIG. 7. Here, the
Bei der bisherigen Funktionsbeschreibung der neuen Anordnung ist der Einfachheit halber davon ausgegangen worden, daß sämtliche Lesestationen 19 exakt zu derselben Zeit, also synchron den Lesezustand sprunghaft ändern und nicht etwa eine Lesestation einer anderen geringfügig voreilt. In der Praxis wird sich dies wegen des Teilungsfehlers des Codeträgers 11 und der unterschiedlichen Ansprechcharakteristiken der einzelnen Lesestationen 19 nicht erreichen lassen. Wenn nur eine der Lesestationen 19 beim Vorbeilaufen an dem Codeträger 11 räumlich später umschaltet als die übrigen, entsteht ein fehlerhaftes Codewort. Da die Codeworte weder lexikografisch geordnet sind, noch eine Redundanz enthalten, ist aufgrund des gelesenen Codewortes nicht entscheidbar, ob ein zulässiges Codewort gelesen wird oder nicht. Um die Entscheidbarkeit herbeizuführen, enthält deswegen jede Lesestation 19 drei äquidistant nebeneinander angeordnete Leseköpfe 58a, 58b und 58c, die bei der optisch arbeitenden Lesevorrichtung 12 jeweils durch eine Fotodiode oder durch einen Fototransistor gebildet sind. Die Leseköpfe 58a bis 58c sind äquidistant angeordnet und da die Lesestationen 19a bis 19e aus Fig. 8 ebenfalls äquidistant verteilt sind, ist der Abstand zwischen unmittelbar benachbarten Leseköpfen 58 benachbarter Lesestationen 19a bis 19e gleich dem Abstand der Leseköpfe 58 innerhalb einer Lesestation 19a bis 19e. Die Sätze von Leseköpfen 58a .. 58c sind ineinander verschachtelt plaziert, d.h. alle Leseköpfe mit den Bezugszeichen a gehören zu dem linken, die mit den Bezugszeichen b zu dem mittleren und die mit den Bezugszeichen c zu dem rechten Satz.For the sake of simplicity, the previous functional description of the new arrangement assumed that all of the reading
Um zu unterscheiden, welche Gruppe von Leseköpfen 58a bis 58c richtig vor den Codemarken 17 steht und welche zufällig ungünstig über einer Codemarkengrenze liegt, ist die in Fig. 8 gezeigte Auswahlschaltung 61 vorgesehen. Die Auswahlschaltung 61 enthält drei Umwandlungsschaltungen 28a bis 28c, von denen jede den in Fig. 6 gezeigten Aufbau hat und von denen dementsprechend auch jede einen Eingang 31a bis 31c mit jeweils fünf Anschlüssen aufweist. An die Umwandlungsschaltung 28a sind an deren Eingang 31a beispielsweise sämtliche Leseköpfe 58a der nebeneinander liegenden Lesestationen 19a bis 19e angeschlossen. Dies bedeu tet, daß jeder dritte Lesekopf der insgesamt fünfzehn Leseköpfe, beginnend mit dem ganz links angeordneten, mit der Umwandlungsschaltung 28a verbunden ist. Sinn- gemäß sind die Köpfe 58b der Lesestationen 19a bis 19e mit der Umwandlungsschaltung 28b verbunden und es sind schließlich sämtliche Leseköpfe 58c der Lesestationen 19a bis 19e an den Eingang 31c der Umwandlungsschaltung 28c angeschaltet. Es entstehen auf diese Weise drei ineinander verzahnte Gruppen von Leseköpfen, deren gelesenes Codewort jeweils unabhängig von den anderen gelesenen Codeworten in der Umwandlungsschaltung 28a bis 28c in ein Binärwort konvertiert wird. Da die Leseköpfe 58 voneinander jeweils einen Abstand haben, der gleich einem Drittel der Länge einer Codemarke 17 ist, können beim Lesen von fünf aufeinanderfolgenden Codemarken 17 sechs Fälle voneinander unterschieden werden. Zunächst sei angenommen, die Leseköpfe 58 stehen, wie in Fig. 8 gezeigt, über den Codemarken 17, dann liefern alle drei Umwandlungsschaltungen 28a bis 28c an ihren Ausgängen 52a bis 52c dasselbe Binärwort. Wenn, ausgehend von dieser Situation, der Codeträger 11 ein Stück weit nach rechts gewandert ist, so daß die Grenzen zwischen benachbarten Codemarken 17 an den Leseköpfen 58a der Lesestationen 19a bis 19e steht, dann ist das mit diesen Leseköpfen, also der Umwandlungsschaltung 28a erhaltene Binärwort unsicher, während die beiden Gruppen von Leseköpfen, die die Leseköpfe 58b und 58c enthalten, dieselbe Information lesen und folglich deren Auswerteschaltungen 28b und 28c identische Binärzahlen abgeben. Die an der Umwandlungsschaltung 28a abgegebene Binärzahl kann entweder die nächstniedrige sein,wenn der Codeträger nach rechts ge wandert ist oder eine willkürlich andere.In order to distinguish which group of reading
Der Zustand, daß die beiden Umwandlungsschaltungen 28b und 28c dieselbe Binärzahl liefern, hält solange an, bis der Codeträger 11 gegenüber der Lesestation 12 eine Stellung erreicht hat, bei der Grenzen zwischen benachbarten Codemarken 17 diejenige Gruppe von Leseköpfen 58 erreicht, die aus den Leseköpfen 58b zusammengesetzt ist. In diesem Fall liefern unter Umständen alle drei Umwandlungsschaltungen 28a bis 28c unterschiedliche Binärzahlen, von denen aber, wie eine einfache geometrische Überlegung zeigt, sowohl diejenige Binärzahl eine richtige Binärzahl ist, die die Schaltung 28a liefert als auch diejenige, die die Schaltung 28c erzeugt.The state that the two
Bei einem weiteren Verschieben des Codeträgers 11 nach rechts werden schließlich die Grenzen zwischen benachbarten Codemarken 17 zwischen die Leseköpfe 58b und 58c jeder Lesestation 19a bis 19e gelangen, so daß die Umwandlungsschaltungen 28a und 28b an ihren Ausgängen 52a und 52b identische Binärzahlen abgeben.When the
Aufgrund dieser Fallunterscheidung läßt sich erkennen, weche Gruppe von Leseköpfen 58a oder 58b oder 58c richtige Ergebnisse liefert und welche Gruppe im ansonsten fehlerfreien Betrieb ein ungültiges Ergebnis erzeugt. Wenn nämlich wenigstens zwei Binärzahlen, die an den Ausgängen 52 anstehen, identisch sind, reflektiert diese Binärzahl die wahre Position der Leseeinrichtung 12 bzw. der Laufkatze 4. Wenn dagegen alle drei Binärzahlen voneinander abweichen, liefert sowohl der Ausgang 52a als auch der Ausgang 52c eine wahre zutreffende Binärzahl, die sich beide voneinander um einen Schritt unterscheiden, da die eine Gruppe von Leseköpfen, entweder 58a oder 58c, bereits vollständig das neue Codewort liest, während die andere Gruppe, also 58c oder 58a, noch das alte Codewort vollständig und fehlerfrei erkennt. Es ist deswegen eine Frage der Konvention, ob in dieser Situation die Binärzahl der Umwanglungsschaltung 28a oder die der Umwandlungsschaltung 28c weiter an die zentrale Steuereinheit 15 durchgeschaltet wird.On the basis of this case distinction, it can be seen which group of read heads 58a or 58b or 58c delivers correct results and which group produces an invalid result in otherwise error-free operation. If at least two binary numbers which are present at the
Die Auswahlschaltung 61 hat deswegen zwei unabhängig voneinander arbeitende Binärkomparatoren 62 und 63 mit den Eingängen 64, 65, 66 und 67, die bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils fünf Bit parallel verarbeiten können. Im einzelnen ist der Ausgang 52a mit dem Eingang 64, der Ausgang 52b mit dem Eingang 65 und dem Eingang 66 und schließlich der Ausgang 52c mit dem Eingang 67 verbunden. Ferner ist ein Multiplexer 68 vorgesehen, der zwei jeweils fünf Bit lange Eingänge 69 und 71 hat sowie einen fünf Bit langen Ausgang 72 umfaßt. Gesteuert wird der Multiplexer 68 an seinen beiden Auswahleingängen 73 und 74, die ihr Signal aus Vergleichsausgängen 75 und 76 der beiden binären Komparatoren 62 und 63 erhalten. Im einzelnen sind die beiden Eingänge 69 und 71 an die Ausgänge 52a und 52b, wie dargestellt, angeschlossen, während der Auswahleingang 73 mit dem Vergleichsausgang 75 und der Auswahleingang 74 mit dem Vergleichsausgang 76 verbunden ist.The
Wenn nun, wie oben ausführlich dargelegt, der Fall eintritt, daß die beiden Umwandlungsschaltungen 28a und 28b dieselbe Binärzahl liefern wie die Umwand lungsschaltung 28c, so sind beide Vergleichsausgänge 75 und 76 im H-Zustand, weshalb der Multiplexer 68 den Eingang 71 zu dem Ausgang 72 durchschaltet. Sobald nun, wie bei dem oben erwähnten Beispiel, der Codeträger 11 so weit gewandert ist, daß nur noch die beiden Umwandlungsschaltungen 28c und 28b dieselbe Binärzahl liefern, wechselt der Ausgang 75 auf L, während der Ausgang 76 auf H bleibt. Auch in diesem Fall schaltet der Multiplexer 68 den Eingang 71 zu dem Ausgang 72 durch. Erst, wenn nach Erreichen des nächsten Zustandes die beiden Umwandlungsschaltungen 28a und 28b dieselbe Binärzahl liefern und die Binärzahl der Umwandlungsschaltung 28c abweicht, generiert der Binärvergleicher 62 an seinem Ausgang 75 ein H-Signal, während der Ausgang 76 nach L geht. Hierdurch wird der Multiplexer 68 umgesteuert und er schaltet jetzt den Eingang 69 zu dem Ausgang 72 durch. Wenn im Zwischenzustand die Grenze zwischen benachbarten Codemarken 17 vor den Leseköpfen 58b steht, sind alle drei Binärzahlen, die von den Umwandlungsschaltungen 28a bis 28c geliefert werden, voneinander verschieden, d.h. beide Binärkomparatoren 62 und 63 liefern ein L-Signal an ihrem Ausgang. In diesem Falle schaltet der Multiplexer 68 den Eingang 69 zu dem Ausgang 72 durch, was dem Zustand entspricht, der auch eingeschaltet wird, wenn die beiden Umwandlungsschaltungen 28a und 28b dieselbe Binärzahl erzeugen.Now, as explained in detail above, if the case occurs that the two
Lediglich wegen des einfacheren Verständnisses ist die Vergleichsschaltung 61 mit zwei Komparatoren 62 und 63 versehen, denn beim Aufstellen der Wahrheitstabelle für das Umschalten des Multiplexers 68 ist unschwer zu erkennen, daß die Betätigung des Multiplexers 68 ausschließlich von dem Signal an dem Eingang 74 und damit dem Binärkomparator 63 abhängig ist. Bei einer optimierten Schaltung kann deswegen der Binärkomparator 62 weggelassen werden und der Komparator wird nur über einen einzigen Auswahleingang, nämlich den Eingang 74, gesteuert.The
Somit ist es unter Verwendung von drei Leseköpfen je Lesestation möglich, eindeutig die Position der Lesevorrichtung 12 gegenüber dem Codeträger 11 zu erkennen. Die dargestellte Schaltung zur Entscheidung, welches gelesene Codewort ein richtiges Codewort ist, ist nur beispielhaft und es sind auch andere Schaltungen möglich. Ebenso ist die Verwendung von optisch arbeitenden Leseköpfen nur ein Beispiel denkbarer Leseköpfe. Es ist genauso möglich, anstelle von Fotodioden oder Fototransistoren, die mit Lampen zusammenwirken, auf pneumatischer oder magnetischer Beeinflussung basierende Leseköpfe, beispielsweise Drucksensoren oder Magnetfeldsonden zu verwenden.It is thus possible, using three reading heads per reading station, to clearly recognize the position of the
Schließlich ist es möglich, die Umwandlungsschaltung 28 an den Ausgang des Multiplexers 68 anzuschalten und statt dessen die von den Leseköpfen 58a bis 58c gelieferten Codeworte der drei Sätze unmittelbar durch einen binären Komparator miteinander zu vergleichen, um bei Gleichheit des bspw. von dem mittleren Satz gelesenen Codewortes mit dem vom rechten Satz gelesenen Codewortes das Codewort durchzulassen, das vom mittleren Satz von Leseköpfen gelesen wird und,wenn die Codeworte des mittleren und des rechten Satzes ungleich sind, das Codewort vom linken Satz von Leseköpfen zu verwenden. Erst nach der Entschlüsselung des wahren Codewortes erfolgt die Konvertierung.Finally, it is possible to connect the
Der gezeigte binäre Code für die Codemarkenfolge hat den Vorteil besonders sicherer Lesbarkeit. Aus der Darstellung der neuen Anordnung ergibt sich aber auch unschwer, daß anstelle von binären Codemarken höherwertige Codemarken, beispielsweise ternäre oder quaternäre, in der gleichen Weise eingesetzt werden können.The binary code shown for the code mark sequence has the advantage of particularly reliable readability. From the representation of the new arrangement, however, it is also easy to see that, instead of binary code marks, higher-value code marks, for example ternary or quaternary, can be used in the same way.
Um bei Verwendung eines binären Codes eine Streckenlänge von 655,35 Metern adressieren zu können, werden bei einer Bitlänge von einem 1 cm auf dem Codeträger 11 Codeworte benötigt, die 16 Stellen aufweisen. Dementsprechend hat der gesamte Lesekopf der Codelesevorrichtung 12 eine Länge von wenigstens 16 cm. Würde dagegen anstelle eines zweiwertigen ein dreiwertiger Code zur Adressierung herangezogen werden, ließe sich mit einer 11-stelligen Codewortlänge eine Strecke von 1771,46 m durchgehend adressieren. Gleichzeitig hätte der Lesekopf nur eine Länge von ca. 11 cm, hätte also etwa zwei Drittel der Länge des Lesekopfes für einen 16-stelligen Code, mit dem nur ein Drittel der Streckenlänge lesbar bzw. adressierbar ist.In order to be able to address a line length of 655.35 meters when using a binary code, 11 code words with 16 digits are required with a bit length of 1 cm on the code carrier. Accordingly, the entire reading head of the
Wie nachfolgend dargestellt, läßt sich das vorerwähnte System auch auf einen dreiwertigen Code übertragen. Das Schieberegister bei Verwendung eines dreiwertigen Codes hat hierzu den in Fig. 9 gezeigten Aufbau, wenn aus Gründen einer vereinfachten Darstellung dreistellige Codemarken verwendet werden. Die Schaltung nach Fig. 9 enthält einen ersten modulo-3 Addierer 79 mit zwei Eingängen, von denen der eine ständig eine "1" zugeführt erhält. Mit seinem Ausgang liegt der modulo-3 Addierer 79 an einem nachgeschalteten weiteren modulo-3 Addierer 81 mit ebenfalls zwei Eingängen und einem Ausgang, der mit einem Eingang eines Speichers 82 ver bunden ist, dessen Inhalt der Stelle Q1 aus dem Codewort entspricht. Der Ausgang des Speichers 82 leigt einerseits über eine Rückkopplungsleitung 83 an dem zweiten Eingang des modulo-3 Addierers 81 als auch an einem Eingang eines nachgeschalteten Speichers 84, dessen Ausgang mit dem Eingang eines dritten Speichers 85 in Verbindung steht. Dieser Ausgang des Speichers 85 stellt den Ausgang der Schaltung zum Erzeugen einer Pseudozufallsfolge mit einem dreiwertigen Code dar. Er ist außerdem an einen Eingang eines modulo-3 Multiplizierers 86 angeschlossen, dessen anderem Eingang ständig eine "2" zugeführt wird. Dieser modulo-3 Multiplizierer 86 hat die Eigenschaft, die am Ausgang des Speichers des Speichers 85 anstehende Zahl mit zwei zu multiplizieren und hieraus eine in den Zahlenbereich des Codes fallende Zahl zu machen. Dies bedeutet, daß, falls am Ausgang des Speichers 85 eine "0" ansteht, auch der modulo-3 Multiplizierer 86 an seinem Ausgang eine "0" liefert, die über eine Rückkopplungsleitung 87 in den zweiten Eingang des modulo-3 Addierers 79 eingespeist wird. Liefert der Ausgang des Speichers 85 eine "1", erzeugt der modulo-3 Multiplizierer 86 an seinem Ausgang eine "2" und wenn als letzte Möglichkeit der Speicher 85 eine "2" enthält, erzeugt der Modulo-3 Multiplizierer 86 hieraus eine "1".As shown below, the aforementioned system can also be transferred to a three-valued code. For this purpose, the shift register when using a three-value code has the structure shown in FIG. 9 if three-digit code marks are used for reasons of a simplified representation. The circuit according to FIG. 9 contains a first modulo-3
Es versteht sich, daß jede der gezeigten Verbindungsleitungen zwischen den modulo-3 Addierern 79, 81, den Speichern 82, 84, 85 sowie dem modulo-3 Multiplizierer 86 Mehrfachleitungen sind, um die Zahlenwerte von einem Schaltkreis zum nächsten zu übergeben. Das Weiterreichen der Zahlen von einem Speicher zum nächsten geschieht mit jedem Takt eines nicht veranschaulichten Taktgenerators.It is understood that each of the connecting lines shown between the modulo-3
Beim Durchtakten der in Fig. 9 gezeigten Schaltung, ausgehend vom Zustand 000 in den Speichern 82, 84, 85 werden nacheinander die in Fig. 10 ersichtlichen Ziffernkombinationen in den besagten Speichern 82, 84, 85 erhalten. Diese Tabelle entspricht sinngemäß jener Tabelle aus Fig. 4.When the circuit shown in FIG. 9 is cycled, starting from the state 000 in the
Fig. 11 zeigt, wie ein dreiwertiger Code auf dem Codeträger 11 darstellbar ist. Bei Verwendung eines transmissiven Abtastverfahrens ist der Codeträger 11, an dem eine "0" dargestellt werden soll, durchlässig, wie dies bei 88 gezeigt ist. Die "2", also die höchstwertige Ziffer aus dem Zeichenvorrat wird an jenen Stellen gelesen, an denen der Codeträger 11, wie bei 89, lichtundurchlässig gestaltet ist. Der zwischen den Werten "0" und "2" liegende Wert "1" erhält, wie bei 91 gezeigt ist, eine Gitterstruktur und läßt eine Lichtmenge durch, die zwischen der vollen Abschattung durch eine Codemarke entsprechend einer "2" und der vollen Durchlässigkeit entsprechend einer Codemarke, die die "0" darstellt, leigt. Im übrigen sind, wie vorher, sämtliche codemarken gleich lang.11 shows how a three-value code can be represented on the
Der in Fig. 11 gezeigte Abschnitt des Codeträgers 11 enthält damit die Codemarken entsprechend der Ziffernreihenfolge 120020101. Vergleicht man dieses Zahlenmuster mit der Tabelle nach Fig. 10, ist unschwer zu erkennen, daß, wenn der Lesekopf die linken drei Ziffern liest, er eine Zahl erkennt, die mit der Schaltung nach Fig. 9 nach dem vierten Takt zu erhalten ist (dabei ist zu berücksichtigen, daß die Tabelle von links nach rechts und die Zahlen auf dem Codeträger 11 von rechts nach links zu lesen sind). Wird der Lesekopf in Fig. 11 verschoben, erfaßt er die Ziffernfolge 200, was der fünften Codewortnummer der Tabelle ent spricht; usw.The section of the
Eine mögliche Auswerteeelektronik zum Erfassen der auf dem Codeträger 11 stehenden Codemarken ist in Fig. 12 in einem Blockschaltbild stark schematisiert dargestellt. Der transmissive Codeträger 11 erstreckt sich zwischen einer Gruppe von Leuchtdioden 92 sowie einer Gruppe von Fotodioden oder Fototransistoren 93. Die Anzahl der Leuchtdioden 92 zur Beleuchtung und die Anzahl der Fotodioden 93 ist entsprechend dem anhand der Fig. 8 erläuterten Ausführungsbeispiel gewählt und beträgt das 3-fache der Anzahl der Stellen, die ein Codewort umfaßt. Da im vorliegenden Fall ein dreistelliger Code gewählt ist, beträgt die Anzahl der Fotodioden und der Leuchtdioden 9 . Diese Halbleiterbauelemente 92, 93 werden über Multiplexer 94, 95 sequentiell beaufschlagt bzw. ausgelesen. Die beiden Multiplexer 94 und 95 sind schematisch als mechanische Schalter dargestellt, doch es handelt sich, wie dies heute üblich ist, um elektronische Digitalschalter. Die Steuerung der beiden Multiplexer 94 und 95 erfolgt über eine Steuerleitung 96 von einer zentralen Auswerte- und Steuerelektronik 97.A possible evaluation electronics for detecting the code marks on the
Der Eingang des Multiplexers 94 liegt an der Versorgungsspannung U und gestattet es, wahlweise eine der Leuchtdioden 92 durch Anschalten an die Versorgungsspannung zum Aufleuchten zu bringen. Der Ausgang des Multiplexers 95 dagegen liegt über eine Leitung 98 an dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 99, der die Aufgabe hat, das auf der Leitung 98 von der jeweiligen Fotodiode 93 gelieferte Analogsignal in ein Digitalsignal umzusetzen, das je nach der Beleuchtungsstärke der jeweiligen Fotodiode 93 einem der drei möglichen Ziffernwerte "0", "1" oder "2" entspricht. Hierfür geeignete Analog-Digital-Wandler sind bekannt und es brauch deswegen keine detaillierte Beschreibung gegeben zu werden. An seinem Ausgang 101 liefert der Analog-Digitalwandler die der gelesenen Ziffer entsprechendende Digitalzahl über eine Leitung 102 an die zentrale Steuer- und Auswerteelektronik 97.The input of the
Die Funktionsweise der insoweit erläuterten Schaltung ist wie folgt: Von der zentralen Steuer- und Auswerteschaltung 97 werden über die Steuerleitung 96 synchron die beiden Multiplexer 94 und 95 betätigt. Hierdurch wird jeweils ein bezüglich des Codeträgers 11 sich gegenüberliegendes Paar aus einer Leuchtdiode 92 und einer Fotodiode 93 aktiviert, in dem Sinne, daß die betreffende Leichtdiode wegen des Anschaltens an die Versorgungsspannung U aufleuchtet, während andererseits die zu dieser Leuchtdiode 92 gehörende und hinter dem Codeträger 11 befindliche Fotodiode 93 zu dem Analog-Digital-Wandler 99 durchgeschaltet wird. Die so gelesene Digitalzahl wird in die zentrale Steuer- und Auswerteelektronik 97 übergeben, die ihrerseits einen linearen Speicher enthält, der für jede Fotodiode 93 einen Speicherplatz aufweist, der Zahlen zwischen "0" und "2" speichern kann.The operation of the circuit explained so far is as follows: The two
Sobald nach Durchschalten der beiden Multiplexer 94 und 95 über sämtliche mögliche Positionen alle Fotodioden 93 einmal an den Analog-Digital-Wandler 99 angeschlossen waren, enthält die zentrale Steuer- und Auswerteelektronik 97 ein komplettes Muster des abgelesenen Codeträgerstücks. Da die Fotodioden 93, wie erwähnt, in der gleichen Weise verteilt sind wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8, stehen in dem zugehörigen Speicher der Steuer- und Auswerteelektronik drei ineinander verschachtelte Zahlenwerte, die nun entsprechend, wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben, bewertet und in das entsprechende Taktmuster umgesetzt werden können. Es besteht auch die Möglichkeit, zunächst die erhaltenen, ineinander verschachtelten Zahlen in die Codewortenummer bzw. Taktnummer umzusetzen und sodann den Vergleich durchzuführen, wie er bei Fig. 8 beschrieben ist. Dabei kann beispielsweise eine Vorrangbedingung vorgesehen werden, insofern, als die tatsächliche Position der Katze 4 jene Position ist, die sich ergibt, wenn zwei Codewortenummern gleich sind bzw. es ist jene niedrigere von zwei Codewortenummern, wenn sich zwei entschlüsselte Zahlen in der Codewortnummer um "1" unterscheiden.As soon as all the photodiodes 93 have been connected to the analog-digital converter 99 once, after the two
Anstatt die Zahlenwerte zwischen "0" und "2" durch Grauwerte zu verschlüsseln, wie dies bei den Fig. 11 und 12 geschehen ist, können die Zahlenwerte auch farbcodiert werden. Eine Farbcodierung läßt auf einfache Weise noch höherwertige Codes zu. Beispielsweise ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 13 auf dem Codeträger ein vierwertiger Code gezeigt, dessen Ziffern über die Farben gelb, grün, rot und blau verschlüsselt sind.Instead of encoding the numerical values between "0" and "2" by gray values, as has been done in FIGS. 11 and 12, the numerical values can also be color-coded. Color coding allows even higher-quality codes in a simple manner. For example, in the exemplary embodiment according to FIG. 13, a four-value code is shown on the code carrier, the digits of which are encoded via the colors yellow, green, red and blue.
Die in Fig. 14 im Blockschaltbild gezeigte Schaltungsanordnung zum Lesen eines farbcodierten Codeträgers 11 enthält punktförmig leuchtende Beleuchtungseinrichtungen 103, die möglichst weißes Licht abgeben. Die Anzahl dieser Beleuchtungseinrichtungen ist wieder gemäß den Lehren beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 gewählt und auch der Abstand der Leuchteinrichtungen ist so getroffen, daß der Abstand zwischen benachbarten Leuchteinrichtungen 103 einem Drittel der Codemarkenlänge entspricht. Die Leuchteinrichtungen 103 liegen eingangsseitig an dem Multiplexer 94, der sie nacheinander mit der Versorgungsspannung U verbindet und dadurch zum Aufleuchten bringt. Auf der anderen Seite des Codeträgers 11 befindet sich eine Optik 104, die alle innerhalb einer Codewortlänge liegenden Codemarken auf einen Fotodetektor 105 abbildet. Der Fotodetektor 105 besteht beispielsweise aus drei mit entsprechenden Farbfiltern versehenen Fotodioden, so daß nur jene Fotodiode ein maximales Ausgangssignal erzeugt, deren Filterfarbe mit der jeweiligen Farbe der Codemarke übereinstimmt. Es ist auch möglich, lediglich drei Spektralfarben rot, grün und blau als Filterfarben zu verwenden, wobei dann das Signal entsprechend gelb erkannt wird, wenn die Fotodiode für grünes und die für rotes Licht etwa gleiche Signalamplituden liefern.The circuit arrangement shown in the block diagram in FIG. 14 for reading a color-coded
Der Fotodetektor 105 ist über mehrere Leitunge 106 mit einem Farbdetektor 107 verbunden, und zwar ist jede durch ein entsprechendes Filter für eine der Spektralfarben sensibilisierte Fotodiode des Fotodetektors 105 mit einer eigenen Leitung 106 and den Farbdetektor 107 angeschlossen. Im gewählten Beispiel sind dies drei Leitungen, da die Farbe gelb aufgrund der Signale auf den Leitungen für rot und für grün ermittelt wird.The
Der Farbdetektor 107 liefert an seinem Ausgang 108 eine Digitalzahl, die entsprechend der jeweils gewählten Tabelle zu der gelesenen Farbe auf dem Codeträger 11 gehört. Die Steuer- und Auswerteelektronik 97 verarbeitet diese Digitalzahlen, wie im Zusammenhang mit Fig. 12 erläutert.The
Weil von den punktförmigen Lichtquellen 103 jeweils nur eine aktiviert ist, kann die Steuer- und Auswerteelektronik 97 erkennen, welcher"Lesekopf" aktiv ist, obwohl für alle Leseköpfe nur ein gemeinsamer Foto- detektor 103 vorgesehen ist. Der Fotodetektor 105 bildet sozusagen mit jeweils einer der Lichtquellen 103 einen Lesekopf entsprechend den Leseköpfen 58 aus Fig. 8.Because only one of the punctiform
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