JP2011059116A - マルチ・ターン回転伝送器 - Google Patents

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Abstract

【課題】マルチ・ターン・ユニットの状態を確実に特定する。
【解決手段】マルチ・ターン回転伝送器は、回転軸Wの1回転内の角度を計測するシングル・ターン・ユニット10と、回転数を測定する2つのマルチ・ターン・ユニット20、30を備える。シングル・ターン・ユニットは、コード支持体11と、シングル・ターン位置信号SPをシングル・ターン符号語SCへ処理するためのシングル・ターン評価ユニット14を含む。2つのマルチ・ターン・ユニットはそれぞれ、マルチ・ターン・コード支持体21、31.1(及び31.2)と、生成されたマルチ・ターン位置信号MP1、MP2を、入力軸Wの回転数を表すマルチ・ターン符号語MC1、MC2へ変換するためのマルチ・ターン評価ユニット24、34を含む。2つの独立生成のマルチ・ターン符号語により、マルチ・ターン・ユニットの機能を特定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、マルチ・ターン回転伝送器に関するものである。
軸の角度位置を測定するための位置測定装置は多数の文献から既知である。このような位置測定装置は、回転伝送器と呼ばれる。さらに、位置測定装置が軸の角度位置のほかに経過回転数も測定可能なように設計されている場合、これはマルチ・ターン回転伝送器と呼ばれる。
マルチ・ターン・ユニット即ち軸の経過回転数を特定するためのユニットの設計に対して、基本的に2つの方法が既知であり、その一つは変速機ベースのマルチ・ターン・ユニットであり、他方はカウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットである。
変速機ベースのマルチ・ターン・ユニットにおいては、入力軸は1つ又は複数の変速段を駆動し、これらの変速段は入力回転速度を減速する。16:1の減速比を有する変速段においては、例えば、変速段の出力軸は入力軸の16回転ごとに1回回転する。出力軸は同様にコード支持体を駆動し、このコード支持体の角度位置は入力軸の回転数の推定を可能にする。
変速機ベースのマルチ・ターン回転伝送器に対する例がドイツ特許第2817172号に記載されている。この場合、マルチ・ターン回転伝送器は、第1の角度ステップ・コード・ディスク及び複数の後置角度ステップ・コード・ディスクを有する多段角度ステップ伝送器である。
欧州特許公開第1457762号は、物体の位置、ストローク又は回転角の測定装置を記載している。これは相互に連続する3つのコード・ディスクの形の3つの尺度本体を含み、これらのコード・ディスクは、差動歯車装置を介して結合されている。コード・ディスクの走査は、全てのコード・ディスクのコード・トラックを半径方向にカバーする走査ユニットによって行われる。
カウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットは、軸の回転数を、軸によって直接駆動され、したがって測定されるべき軸と同じ回転数を経過するコード支持体の回転をカウントすることにより決定する。コード支持体上にコードが配置され、コードは走査ユニットによって走査される。走査ユニットにより得られた位置信号から、カウント電子装置内において、カウンタのためのカウント信号が発生され、カウンタは、コード支持体したがって軸の完全な回転数を回転方向の関数としてカウントする。主電源が遮断された場合、又は例えばマルチ・ターン回転伝送器がその中で作動される機械が遮断された場合、カウンタのカウンタ状態を記憶し、そしてカウント機能を保持するために、カウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットは通常バッテリを備えている。バッテリは、主電源が遮断したときに、少なくとも回転伝送器のマルチ・ターン・ユニットへのエネルギー供給を行う。
欧州特許第1462771号は、例えばカウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットを有するマルチ・ターン回転伝送器を記載している。
マルチ・ターン・ユニットの機能は、正常運転において、即ちマルチ・ターン・ユニットのほかに軸の1回転内の角度位置を測定するためのシングル・ターン・ユニットもまた作動しているとき、シングル・ターン・ユニットにより検査可能である(マルチ・ターン・ユニットにより測定される回転数は、シングル・ターン・ユニットが完全な1回転を特定したとき、強制的に変化するはずである)が、その一方で、主電源が遮断されたときには、マルチ・ターン・ユニットの停止は発見されないままである。
ドイツ特許第2817172号 欧州特許公開第1457762号 欧州特許第1462771号
本発明は、上記した従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、機能が向上された確実なマルチ・ターン回転伝送器を提供することである。
上記した目的は、請求項1に記載のマルチ・ターン回転伝送器により解決され、また、有利な実施形態が、請求項1の従属請求項から得られる。本発明により、シングル・ターン・ユニット、第1のマルチ・ターン・ユニット及び第2のマルチ・ターン・ユニットを備えたマルチ・ターン回転伝送器が提案される。シングル・ターン・ユニットは、シングル・ターン位置信号を発生するためにシングル・ターン走査装置によって走査可能なコード支持体と、シングル・ターン位置信号を、入力軸の1回転内の絶対位置を与えるシングル・ターン符号語へ処理するためのシングル・ターン評価ユニットと、を含む。第1のマルチ・ターン・ユニットは、第1のマルチ・ターン位置信号を発生するために第1のマルチ・ターン走査装置によって走査可能な少なくとも1つの第1のマルチ・ターン・コード支持体と、第1のマルチ・ターン位置信号を、入力軸の経過回転数を与える第1のマルチ・ターン符号語へ処理するための第1のマルチ・ターン評価ユニットと、を含む。第2のマルチ・ターン・ユニットは、第2のマルチ・ターン位置信号を発生するために第2のマルチ・ターン走査装置によって走査可能な少なくとも1つの第2のマルチ・ターン・コード支持体と、第2のマルチ・ターン位置信号を、同様に入力軸の経過回転数を与える第2のマルチ・ターン符号語へ処理するための第2のマルチ・ターン評価ユニットと、を含む。
相互に独立に発生された2つのマルチ・ターン符号語により、マルチ・ターン・ユニットの機能が特定可能である。
本発明によるマルチ・ターン回転伝送器の第1の実施例を示す図である。 図1の実施例に具備される第1のマルチ・ターン評価ユニットの原理図を示すずである。 マルチ・ターン符号語を評価するための第1の回路例を示す図である。 マルチ・ターン符号語を評価するための第2の回路例を示す図である。 本発明によるマルチ・ターン回転伝送器の他の実施例を示す図である。
図1は、本発明による第1のマルチ・ターン回転伝送器の基本的構成を示している。マルチ・ターン回転伝送器は、シングル・ターン・ユニット10、第1のマルチ・ターン・ユニット20及び第2のマルチ・ターン・ユニット30から構成されている。
シングル・ターン・ユニット10はコード・ディスク11を備えており、該コード・ディスク11は測定されるべき入力軸Wと直結されている。コード・ディスク11は、入力軸Wの1回転を多数の区別可能な扇形領域に分割するために、光電気的に、磁気的に、容量的に又は誘導的に走査可能なコーディング12を担持している。このコーディング12は一般にマルチ・トラック・コード(例えばグレイ・コード)であるが、これらはシングルトラック連鎖コードいわゆる「擬似ランダム・コード」(PRC)により形成されてもよい。コーディング12は、シングル・ターン位置信号SPを形成するために走査装置13によって走査される。シングル・ターン位置信号SPはシングル・ターン評価ユニット14に供給され、シングル・ターン評価ユニット14は2桁以上のシングル・ターン符号語SCを形成し且つシングル・ターン符号語SCをその出力端に出力する。シングル・ターン符号語SCは、1回転内の入力軸Wの絶対位置を与える。
入力軸Wの回転数を測定するためにマルチ・ターン・ユニット20、30が設けられている。
第1のマルチ・ターン・ユニット20は、カウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットである。第1のマルチ・ターン・ユニット20は、第1のマルチ・ターン・コード支持体21を備え、第1のマルチ・ターン・コード支持体21は同様に入力軸Wと共に回転するように結合されている。第1のマルチ・ターン・コード支持体21は、ただ1つの磁気双極子即ちN極及びS極を有している。これら極は第1のマルチ・ターン走査装置23によって走査される。第1のマルチ・ターン走査装置23は、磁界感度をもつ複数のセンサ要素を有し、センサ要素により第1のマルチ・ターン位置信号MP1が発生され、第1のマルチ・ターン位置信号MP1から第1のマルチ・ターン評価ユニット24内において第1のマルチ・ターン符号語MC1が形成され、第1のマルチ・ターン符号語MC1は第1のマルチ・ターン・コード支持体21の絶対位置を与える。センサ要素は例えばホール(Hall)センサ、MRセンサ又はGMRセンサである。好適には、センサ要素及び第1のマルチ・ターン評価ユニット24は、共に半導体基板上に集積されている。
図2は第1のマルチ・ターン評価ユニット24の原理を示す回路図である。第1のマルチ・ターン位置信号MP1は2つの信号を含み、これら2つの信号は、ほぼ正弦波形であり、入力軸Wの1回転が正弦波振動の完全な1周期に対応する。通常、これらの両方の信号は相互に約90°の位相シフトを有し、これにより、入力軸Wの回転方向を決定することが可能である。マルチ・ターン評価ユニット24内において、第1のマルチ・ターン位置信号MP1は最初に信号形成ユニット100に供給され、信号形成ユニット100は正弦波形の入力信号から方形のディジタル・カウント信号を形成し、ディジタル・カウント信号は一方で方向判別器101に、他方でカウンタ・ユニット102に供給される。方向判別器101は2つのカウント信号の時間的順序から回転方向を特定し、これを方向信号UP/DOWNとしてカウンタ・ユニット102に伝送する。一方で、カウンタ・ユニット102は、方向の関数として入力軸Wの回転をカウントするために、カウント信号の上昇エッジ又は下降エッジと方向信号UP/DOWNとを利用する。
第1のマルチ・ターン評価ユニット24はバッテリ103を備えている。バッテリ103は、主電源が遮断されたとき(例えばマルチ・ターン回転伝送器がその中で作動される機械が遮断されたとき)、カウント過程に対して必要な全ての構成要素に、場合により第1のマルチ・ターン走査装置23にも電力を供給する。これにより、電源遮断状態においてもまた、場合により行われる入力軸Wの回転がカウントされ、したがって、投入後に第1のマルチ・ターン符号語MC1は入力軸Wの正しい経過回転数を利用可能であることを保証することができる。
ここで、カウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットの種々の変更態様、特に電源遮断状態において電流を節約するためにパルス作動される変更態様、及び、カウント過程のために必要なエネルギーを、例えばパルス・ワイヤ・センサ(ヴィーガント(Wiegand)ワイヤとしても知られる)を用いて、入力軸Wの1回転の間の磁界変動から取得し且つカウント過程の間のカウンタ状態を不揮発性メモリ内に記憶するので、バッテリを必要としない変更態様が存在することを指摘しておく。
第2のマルチ・ターン・ユニット30は、例えば2つの変速段32.1、32.2で示されている変速機ベースのマルチ・ターン・ユニットである。必要な変速段の数は特定されるべき入力軸Wの回転数並びに1つの変速段で特定可能な回転数の関数である。入力軸Wの数回転のみが測定されるべき場合、場合により1又は2の変速段で十分である。これに対して、工作機械の送りねじの回転を特定するためには3つ以上の変速段が要求される場合がある。
第1の変速段32.1は入力軸Wと直結されている。第1の変速段32.1は16倍の減速を有し、その出力軸は第2の変速段32.2と結合されている。第2の変速段32.2は同様に16倍の減速を実行する。変速段32.1、32.2はそれぞれ第2のマルチ・ターン・コード支持体31.1、31.2を駆動し、第2のマルチ・ターン・コード支持体31.1、31.2は第2のマルチ・ターン位置信号MP2.1、MP2.2を発生するために第2のマルチ・ターン走査装置33.1、33.2によって走査される。入力軸Wがカウント可能な回転のいずれにいま存在するかという情報は、第2のマルチ・ターン・コード支持体31.1、31.2の角度位置内にコーディングされている。第2のマルチ・ターン・コード支持体31.1、31.2は、上記の第1のマルチ・ターン・コード支持体21と同様に、磁気双極子のみから形成される。したがって、第2のマルチ・ターン・コード支持体31.1、31.2の走査は、第1のマルチ・ターン・コード支持体21の走査と同様に行われる。しかしながら、第1のマルチ・ターン・ユニット20のマルチ・ターン位置信号MP1とは異なり、第2のマルチ・ターン位置信号MP2.1、MP2.2は、第2のマルチ・ターン評価ユニット34において補間され、即ちマルチ・ターン位置信号MP2.1、MP2.2の瞬間値に、それぞれのマルチ・ターン・コード支持体31.1、31.2の角度位置を与える絶対値が割り当てられる。瞬間値の解像度は少なくとも付属の変速段の減速比に対応する。最後に、第2のマルチ・ターン評価ユニット34は、決定された第2のマルチ・ターン位置信号MP2.1、MP2.2の絶対値を、第2のマルチ・ターン符号語MC2へ処理する。
本発明に対して、ここに記載の多段減速機を備えた態様のほかに、冒頭記載の欧州特許公開第1457762号が提案するように、差動歯車装置に基づく変速機ベースのマルチ・ターン・ユニットもまた適用可能である。
設けられた2つのマルチ・ターン・ユニット20、30により、マルチ・ターン回転伝送器内において、相互に独立に生成された2つのマルチ・ターン符号語MC1、MC2が利用可能である。これらの2つのマルチ・ターン符号語MC1、MC2を比較することにより、両方のマルチ・ターン・ユニット20、30が機能しているかどうかを特定することが可能である。これは、特に、マルチ・ターン回転伝送器(又は、マルチ・ターン回転伝送器がその中で作動される機械)が、遮断過程後に再び投入されたときにも適用される。
図3及び4はマルチ・ターン符号語MC1、MC2の以後の処理ないしは評価のための好ましい実施例を示す。
図3は、シングル・ターン・ユニット10、第1のマルチ・ターン・ユニット20及び第2のマルチ・ターン・ユニット30のほかに、さらに比較器ユニット210を含むマルチ・ターン回転伝送器200を示し、比較器ユニット210にマルチ・ターン符号語MC1、MC2が供給されている。比較器ユニット210は、マルチ・ターン符号語MC1、MC2の値の比較により偏差を特定し且つ比較結果の関数として状態フラグFを出力する。シングル・ターン符号語SC、マルチ・ターン符号語MC1、MC2の少なくとも1つ(図示の例においては第1のマルチ・ターン符号語MC1)及び状態フラグFがインターフェース・ユニット220に供給され、インターフェース・ユニット220により、値がデータ伝送チャネル230を介して後段の電子装置250内の他のインターフェース・ユニット240に伝送可能である。電子装置250は状態フラグFを評価し、エラーの場合、例えば機械の正常停止のような適切な手段を開始することが可能である。
データ伝送チャネル230は、双方向直列インターフェース結合として設計されていることが有利であり、命令特に位置データ要求命令を介して、後段の電子装置250からマルチ・ターン回転伝送器200の方向に、及びその反対方向に、応答データ、特にシングル・ターン符号語SC、マルチ・ターン符号語MC1、MC2及び状態フラグFを伝送可能である。伝送は直列データ・ストリームにより行われる。最も簡単な場合には、1ビットのみからなる状態フラグFであり、該状態フラグFの伝送は、従来技術から既知のマルチ・ターン回転伝送器に比較して、1ビットに対する伝送時間だけ遅延されるにすぎないので、特に有利である。
これに対して、図4は、シングル・ターン・ユニット10、第1のマルチ・ターン・ユニット20及び第2のマルチ・ターン・ユニット30の他に、さらにインターフェース・ユニット320のみを含むマルチ・ターン回転伝送器300を示し、インターフェース・ユニット320に、シングル・ターン符号語SC及びマルチ・ターン符号語MC1、MC2が供給されている。全ての符号語SC、MC1、MC2は、データ伝送チャネル330を介して後段の電子装置350内の他のインターフェース・ユニット340に伝送可能である。後段の電子装置350の制御ユニット360に比較器ユニット370が配置され、該比較器ユニット370に、データ伝送チャネル330を介してインターフェース・ユニット340に到達したマルチ・ターン符号語MC1、MC2が供給されている。比較器ユニット370は、図3の比較器ユニット210と同様にマルチ・ターン符号語MC1、MC2の比較を実行し、状態フラグFを発生する。状態フラグFは、制御ユニット360内において考慮される。
好ましい実施例においては、マルチ・ターン回転伝送器300内において相互に完全に独立に発生された2つのマルチ・ターン符号語MC1、MC2が後段の電子装置350に伝送可能であるので、マルチ・ターン・ユニット20、30内のエラーのみならず、マルチ・ターン回転伝送器300からデータ伝送チャネル330を介して電子装置350へのデータ伝送におけるエラーもまた特定可能である。データ伝送チャネル330は、この例においてもまた、双方向直列インターフェース結合として形成されていることが好適である。
入力軸Wの完全な1回転の特定とマルチ・ターン符号語MC1、MC2の変化との間に直接関係が存在するので、その時点の作動におけるマルチ・ターン・ユニット20、30の正しい機能は、シングル・ターン符号語SCによっても特定可能である。言い換えると、シングル・ターン符号語SCにより軸Wの1回転の完了が検出されたとき、マルチ・ターン符号語MC1、MC2は必ず特定のステップ幅だけ変化するはずである。したがって、例えば図4の例を参照して、1回実行されたマルチ・ターン符号語MC1、MC2の比較後に、状態フラグFは、シングル・ターン符号語SCと、マルチ・ターン符号語MC1、MC2の少なくとも1つとの比較によってもまた得ることが可能である。これは、適切な時点においてのみ、例えば機械ないしはマルチ・ターン回転伝送器の投入後においてのみ、マルチ・ターン符号語MC1、MC2が等しいことを検査しこの検査後にさらにマルチ・ターン符号語MC1、MC2の1つのみをデータ伝送チャネル330を介して後段の電子装置に伝送し、その時点の作動において利用されたマルチ・ターン・ユニット20、30の機能をシングル・ターン符号語SCによって検査することで十分であることを意味する。このようにして、伝送されるべきデータ量を低減可能である。
図5は、本発明による第2のマルチ・ターン回転伝送器の原理的な構成を示している。これは、同様に、シングル・ターン・ユニット10、第1のマルチ・ターン・ユニット40及び第2のマルチ・ターン・ユニット30から構成されている。シングル・ターン・ユニット10及び第2のマルチ・ターン・ユニット30は、図1に関して記載されたユニットに対応しているので、再度説明は行わない。
これに対して、第1のマルチ・ターン・ユニット40は、シングル・ターン走査装置13によるコード支持体11上のコード12の走査から得られたシングル・ターン位置信号SPが第1のマルチ・ターン符号語MC1の生成のためにも使用可能であるということを利用している。したがって、シングル・ターン位置信号SPは、少なくとも一部、第1のマルチ・ターン位置信号MP1として第1のマルチ・ターン処理ユニット44に供給され、第1のマルチ・ターン処理ユニット44は、第1のマルチ・ターン符号語MC1を生成するためにカウント信号を発生してカウントする。したがって、第1のマルチ・ターン・ユニット40は、カウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットである。
コード12を有するコード支持体11並びにシングル・ターン走査装置13は、この実施例においては第1のマルチ・ターン・ユニット40に付属されている。
この変更態様は、コード12が、入力軸Wの回転に対応する1周期を有する走査信号を発生するように設計されているとき、特に有利に使用可能である。
10 シングル・ターン・ユニット
11 コード支持体(コード・ディスク)
12 コーディング(コード)
13 シングル・ターン走査装置(図1、図5)、第1のマルチ・ターン走査装置(図5)
14 シングル・ターン評価ユニット
20、40 第1のマルチ・ターン・ユニット
21 第1のマルチ・ターン・コード支持体
23 第1のマルチ・ターン走査装置
24 第1のマルチ・ターン評価ユニット
30 第2のマルチ・ターン・ユニット
31.1、31.2 第2のマルチ・ターン・コード支持体
32.1、32.2 変速段
33.1、33.2 第2のマルチ・ターン走査装置
34 第2のマルチ・ターン評価ユニット
44 第1のマルチ・ターン処理ユニット
100 信号形成ユニット
101 方向判別器
102 カウンタ・ユニット
103 バッテリ
200、300 マルチ・ターン回転伝送器
210、370 比較器ユニット
220、240、320、340 インターフェース・ユニット
230、330 データ伝送チャネル
250、350 電子装置
360 制御ユニット
F 状態フラグ
MC1 第1のマルチ・ターン符号語
MC2 第2のマルチ・ターン符号語
MP1 第1のマルチ・ターン位置信号
MP2.1、MP2.2 第2のマルチ・ターン位置信号
SC シングル・ターン符号語
SP シングル・ターン位置信号
UP/DOWN 方向信号
W 入力軸

Claims (6)

  1. シングル・ターン・ユニット(10)及び第1のマルチ・ターン・ユニット(20、40)を備えたマルチ・ターン回転伝送器であって、
    前記シングル・ターン・ユニット(10)は、シングル・ターン位置信号(SP)を発生するためにシングル・ターン走査装置(13)によって走査可能なコード支持体(11)と、前記シングル・ターン位置信号(SP)を、入力軸(W)の1回転内の絶対位置を与えるシングル・ターン符号語(SC)へ処理するためのシングル・ターン評価ユニット(14)と、を含み、
    前記第1のマルチ・ターン・ユニット(20、40)は、第1のマルチ・ターン位置信号(MP1)を発生するために第1のマルチ・ターン走査装置(13、23)によって走査可能な少なくとも1つの第1のマルチ・ターン・コード支持体(11、21)と、前記第1のマルチ・ターン位置信号(MP1)を、入力軸(W)の回転数を与える第1のマルチ・ターン符号語(MC1)へ処理するための第1のマルチ・ターン評価ユニット(24)とを含み、
    前記マルチ・ターン回転伝送器はさらに、第2のマルチ・ターン・ユニット(30)を備え、
    前記第2のマルチ・ターン・ユニット(30)は、第2のマルチ・ターン位置信号(MP2.1、MP2.2)を発生するために第2のマルチ・ターン走査装置(33.1、33.2)によって走査可能な少なくとも1つの第2のマルチ・ターン・コード支持体(31.1、31.2)と、前記第2のマルチ・ターン位置信号(MP2.1、MP2.2)を、同様に入力軸(W)の回転数を与える第2のマルチ・ターン符号語(MC2)へ処理するための第2のマルチ・ターン評価ユニット(34)とを含む
    ことを特徴とするマルチ・ターン回転伝送器。
  2. 請求項1記載のマルチ・ターン回転伝送器において、該伝送器はさらに、
    マルチ・ターン符号語(MC1、MC2)が供給され、かつ、マルチ・ターン・ユニット(20、30;30、40)の機能を与える状態フラグ(F)が発生可能である比較器ユニット(210)
    を備えている)ことを特徴とするマルチ・ターン回転伝送器。
  3. 請求項2記載のマルチ・ターン回転伝送器において、該伝送器はさらに、
    シングル・ターン符号語(SC)、少なくとも1つのマルチ・ターン符号語(MC1、MC2)及び状態フラグ(F)を、後段の電子装置(250)に伝送するインターフェース・ユニット(220)
    を備えていることを特徴とするマルチ・ターン回転伝送器。
  4. 請求項1記載のマルチ・ターン回転伝送器において、該伝送器はさらに、
    シングル・ターン符号語(SC)、第1のマルチ・ターン符号語(MC1)及び第2のマルチ・ターン符号語(MC2)を、さらに評価するために後段の電子装置(350)に伝送可能であるインターフェース・ユニット(320)
    を備えていることを特徴とするマルチ・ターン回転伝送器。
  5. 請求項1〜4いずれかに記載のマルチ・ターン回転伝送器において、前記第1のマルチ・ターン・ユニット(20、40)がカウンタ・ベースのマルチ・ターン・ユニットであることを特徴とするマルチ・ターン回転伝送器。
  6. 請求項1〜5いずれかに記載のマルチ・ターン回転伝送器において、前記第2のマルチ・ターン・ユニット(30)が変速機ベースのマルチ・ターン・ユニットであることを特徴とするマルチ・ターン回転伝送器。
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