SE426989B - Absolutlegestransor for linjera metningar och vinkelmetningar - Google Patents

Description

7805231-3 mekaniska organ. Olika system.är kända för att med hjälp av hjälptran- sorer finna varje cykels läge vid en cyklisk transor, men dessa kända system är normalt dyrbara och därför föga använda i lägesavläsningsut- rustningar.

Det tekniska problem som föreliggande uppfinning avser att lösa, består i att åstadkomma en absolutlägestransor, som är billig och drift- säker och som lätt och på ett ekonomiskt sätt kan integreras med kända cykliska transorer av hög noggrannhet i och för att erhålla en absolut- lägesindikering av hög noggrannhet.

Problemet löses enligt föreliggande uppfinning genom att abso- lutlägestransorn innefattar dels en cyklisk precisionstransor med in- duktivt kopplade ledande mönster på motstâende ytor av tvâ i förhållan- de till varandra rörliga organ, varvid varje mönster har ledare, som är likformigt fördelade med ett och samma avstånd mellan dem motsvaran- de en mätcykel, varigenom en elektrisk krets kan förbindas med mönstren i ändamål att ge ett mått_pâ det inbördes läget mellan de rörliga orga- nen inom en cykel, dels en binärt kodad absoluttransor innefattande ett första ledande mönster på en motstående yta av de rörliga organen, vil- ket mönster omfattar ett flertal kodband, som är elektriskt förbundna I med varandra, varvid varje band har olika bredd omväxlande med mellan- rum och bredden hos banden skiljer sig en faktor lika med 2n gånger mätcykeln, där n.är noll eller ett positivt heltal, och vilket mönster är induktivt kopplat med ett andra mönster på den andra motstående ytan av de rörliga organen, vilket andra mönster omfattar ett flertal givare vilka var och en är belägna i linje med vart och ett av banden, vari- genom en elektrisk spänningskälla kan anslutas till det första mönstret och spänningsdetektorer anslutas till givarna, så att de på givarna detekterade spänningarna ger en otvetydig indikation på en speciell mätcykel motsvarande ett speciellt inbördes läge mellan organen.

En föredragen utfövingsform av transorn enligt föreliggan- de uppfinning beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifo- gade ritning, på vilken fig. 1 är en schematisk planvy över en känd precisionstransor av bandinduktosyntyp, fig. 2 är en tvärsek- tionsvy över transorn enligt fig. 1 sedd längs linjen II-II, fig. 3 är en schematlsk planvy över transorn enligt uppfinningen, fig.

U är en tvärsektionsvy sedd längs linjen IV-IV i fig. 3, fig. 5 är en mycket förstorad planvy över ett kort avsnitt av absolut- transorn enligt uppfinningen och visar en grupp löpargivare, vilka är anordnade ovanför linjalen, fig. 6 är en tvärsektionsvy sedd ,längs linjen VI-VI i fig. 5 och visar en perspektivvy över utsig- nalförbindelserna till löpargivarna, fig. 7 är en tvärsektionsvy 7805231-3 3 sedd längs linjen VII-VII i fig. 5, fig. 8 visar hur utsignalerna varierar vid relativ rörelse mellan linjal och löpare och efter lämplig signalbehandling och fig. 9 visar det i samband med abso- lutlägestransorn använda kopplingsschemat.

Utföringsformen, som kommer att beskrivas, har valts för att visa hur enkel och billig absolutdelen av transorn enligt fö- religgande uppfinning är och hur densamma kan tillverkas under användande av samma teknik och samma utrustning som erfordras för tillverkning av den kända, cyk1i.ka precisionstransorn.i __"- Fig. 1 visar en genom den amerikanska patentskriften 5 522 568 känd transor, som består av en linjal 10 med en elekt- risk lindning 11, vilken framställts genom fotoetsníng av ett le- dande skikt, som fästs och isolerats elektriskt med hjälp av bin- demedel 12 på ett stâlband 13. Detta är spänt till önskad längd och därefter fäst vid sina båda ändar medelst skruvar lü.

Transorn innefattar även en löpare 15 med tvâ olika, elekt- riska lindningar 10 och 17, vilka framställts genom ett fotoets- förfarande på samma sätt som ovan beskrivits i samband med linja- len. Formen av de tre lindningarna (två på löparen och en på lin- jalen) är sådan att då växelström tillföres den på linjalen fästa lindningen 11, blir de i de två på löparen 15 fästa lindningarna 16 och 17 inducerade spänningarna proportionella mot sinus respek- tive kosinus av den elektriska vinkeln mellan lindningen på linja- len 10 och lindningen på löparen 15 med avseende på en linjalcykel (det är underförstått att en vinkel av 3600 motsvarar en linjal- cykel).

Fig. 5 visar transorn enligt föreliggande uppfinning, vil- ken transor tillverkats under användande av samma teknik och hu- vudsakligen samma utrustning som vid tillverkning av den ovan be- skrivna, kända transorn. _ Den nya transortypen uppvisar på ett från stålstommen 21 isolerat, ledande skikt 20 icke endast den kända, cykliska tran- sorns lindning 22 utan även en uhuoluttransor 25 bestående av två ledarzoner 2U och P5, vilka är elektriskt åtskilda genom en foto- etsad spalt 26, vilken bildar den digitala lägeskoden. Den foto- etsade skiljelinjen är utformad till att i detta speciella exem- pel alstra en binär Gray-kod.

En mycket Förstorad planvy av denna, kodade del visas i fig. 5 uppdelad i kodband A, h, C, D, E och F av ökande, binär vikt. Om exempelvis tolv kodhand användes, förefinnes 212 kodade positioner, dvs. 4096 positioner. I praktiken kommer dessa att _78'0f5231 '-3 I 4 upptaga ett tvärgående utrymme (parallellt med sektionen IV-IV i fig.i3) som approximativt är lika stort som det utrymme, som upp- tages av den kända, cykliska transorn. För att underlätta för- ståelsen av fig. 5 visas endast sex kodband på ett utrymme som ' approximativt är lika stort som det utrymme som upptages av den cykliska transorn. Vid denna typ av transor uppbär löparen 27 ic- ke endast lindningarna 28 och 29 i motsvarighet_till den kända __ transorns lindningar 16 och 17 utan även ett antal ledande ytor el- *ler givare 50, 31, 32, 35,_3U och 35, vilka fbtøetsats på själva löparcn._ Fig. 6 och 7 visar en förstorad sektion av linjalen 19 och löparen 27 i deras normala, relativa driftläge. 7 Positionskoden läses med hjälp av givarna, som fotoetsats på löparen 27, vilken pâii och för sig känt sätt nâlles på ett av- stånd av en liten bråkdel av en millimeter från linjalen 19 såsom framgår av fig. 6 och 7.- Löparen 27 framställes genom fotoetsning och är i själva verket en normal, tryckt krets med metallerade hål HO För att, där så erfordras, förbinda de båda Fotoetsade sidorna.

”Den sida av löparen som vetter mot linjalen uppbär givarna H1, vilka är fullständigt omgivna av det ledande skiktet 42 och isole- rade från detta genom den fotoetsade spalten 45. Pâ löparen'27i *förefinnes en givare för varje på linjalen kodad binär vikt. Det ledande skiktet H2 användes som en skärm så att varje givare kopp- las kapacitivt endast med det kodband på linjalen som har motsva- rande binär vikt. I fig. 6 och 7 betecknar 21 ett stålband, medan skiktet H4 består av det isolerande bindemedlet, som håller ledar- skiktet 25. Den fotoetsade spalten 26 skiljer ledarskikten 24 och 25 elektriskt så att dessa kan anslutas till olika spänningskällor.

I själva verket är de båda skikten anslutna till två spänningskäl- "lor med samma frekvens men motsatt fas, varvid-skiktet 25 är anslu- tet till en i fig. 5 visad oscillators H5 X-fas, medan skiktet 2ü är anslutet till Y-fasen. - _ Då givaren H1 enligt Pig. 7 befinner sig ovanför skiktet 25 uppträder kapacítjv_kopp1íng med X-fasen. Dä löparen 27 för- flyttas tills givaren H1 helt och hållet befinner sig ovanför skik- tet 2U uppträder den kapacitiva kopplingen med Y-fasen, vilken är motsatt fasen i föregående fall. Då givaren Ål är centrerad på spalten 26 dvs. lika kopplad med skikten 2D och 25, kommer den "_på givaren H1 kapacitivt índucerade spänningen att vara lika med . noll, som är medelvärdet av de spänningar som induceras av X- och Y-fasen. :Genom att detektera fasen av den över givaren H1 induce- 7805231-3 5 rade spänningen är det därför möjligt att fastställa vilket kod- skikt, exempelvis 24 eller 25 i fig. 7, som givaren ül råkar be- finna sig ovanför.

För åstadkommande av detta kan på baksidan av löparen dvs. på den sidan som icke vetter mot linjalen, en förstärkare vara an- sluten till varje givare, vilken förstärkare efterföljes av en synkron detektor (dessa anordningar kommer att beskrivas närmare nedan), vars fas är sådan att densamma som utsignal alstrar en_lik-b spänning av viss polaritet, då givaren befinner sig över skiktet 24, och av motsatt polarïtet, då givaren befinner sig ovanför skiktet 25.

Ovannämnda förstärkare måste placeras så nära givarna som möjligt för att minimera signaldämpning till följd av strökapacitans.

I fig. 8 visar diagrammet 30' utspänningen från synkrondetek- torn, som är ansluten till givaren 30 enligt fig. 5, då denna rör sig en hel cykel över kodremsan A med början från det i fig. 5 visade lä- got. I fig. 8 visar diagrammet 31' utspänningen från den till givaren 31 enligt fig. 5 anslutna synkrondetektorn, då denna givare rör sig en halv cykel över kodremsan B med början från det i fig. 5 visade läget. I fig. 8 visar diagrammet 52' utspänningen från den till gi- varen 32 enligt fig. 5 anslutna synkrondetektorn, då ifrågavarande givare rör sig en fjärdedels cykel över kodremsan C med början från det i fig. 5 Visade läget. Diagrammen 53',_3ü' och 35' visar utspän- ningarna från de till givarna 53, BH respektive 35 anslutna synkron- detektorerna, då dessa givare rör sig över kodremsorna D, E och F med början från det i fig. 5 visade läget.

Synkrondetektorn 56 efterföljes av en tröskelkrets 57 (som kommer att beskrivas närmare nedan) med tröskelvärdet fixerat till 0 V ooh med binär utsígnal. Om var och en av gívarna anslutes till en krets enligt ovan dvs. en förstärkare, en synkrondetektor och en binär tröskolkrets, kommer den av tröskelkretsarna alstrade utsigna- len att utgöras av en kod, som motsvarar den som fotoetsats på le- darskiktet på linjalen och som motsvarar löpargivarnas läge med av- seende på linjalen.

För att minimera systemets kostnad kan den i fig. 9 visade krntswn användas. I ntüllnL För att använda on separat kanal för varje givare enligt ovan, användes en enda förstärknings- och detek- teringskanal, vilken omkopplas till de olika givarna med hjälp av billiga, elektroniska kopplare. Vid den i fig. 9 använda kretsen an- vändes två integrerade kretsar 51 och 52 av CMOS-typ, vilka var och en uppvisar åtta elektroniska kopplare, medelst vilka förstärkaren 53 kan anslutas till vilken som helst av givarna på löparen 27. p6p1sns231-za 65 _ Kopplíngsschemat enligt fig. 9 visar en löpare med tolv givare i stället för sex som visas i fíg- 5, 5, 6 och 7.

Den erforderliga förbindelsen mellan vilken som helst av gi- varna och förstärkaren 53 väljes medelst en från en centralenhet över '_ledniH$&P 55 påtryckt väljarkod. -Centralenheten_är av huvudsakligen känd typ och utnyttjar exempelvis ett mikroprocessorsystem, som är programmerat till att styra väljarledningarna 55 och även datafångst- izledningarna 58 och 59.p V Förstärkaren 53 efterföljes av en synkrondetektor 56 och en' tröskelkrets 57 (med tröskelvärdet lika med 0 V) med liten hysteres för erhållande av stabila, binära nivåer över utgången 58. »Synkron- pdetektorn 56 styres via ledningen 62, som sluter kopplaren 63 under en kort tidsperiod under varje cykel för oscillatorn 45 (se även fig. _5§, som strömmatar absoluttransorns linjal. Styrpulsen för slutning av kopplaren 63 är synkron med oscillatorn Ä5 och så fasad att sig- nalen över utgången från givarna samplas vid toppvärdet dvs. då givar- na avger maximal utsignal. 5 Kopplaren 63 efterföljes av en minneskondensator 65, som cyk- liskt laddas till ett positivt eller negativt toppvärde av den över punkten 66 påtryckta signalen. _- Då vid detta system en fyrabitars binär sekvens påtryckes väljarledningarna 55 avger utgången 58 i form av en pulsföljd en kod motsvarande den som fotoetsats på ledarskiktet på linjalen och motsvarande läget av givarna med avseende på linjalen.

Ett liknande förstärkningssystem användes för att behandla 'de signaler som alstras av de båda lindningarna 28 och 29 på den V cykliska transorns löpare 27. I detta fall användes två av den in- tegrerade kretsens 52 elektroniska kopplare för att på order via väljarledningarna 55 välja sinus- eller kosinuskanalen för löparen i den cykliska induktosyntransorn. En av en synkrondetektor 71 efterföljd förstärkare 60 är ansluten till kopplarna; Detektorni 71 liknar den ovan beskrivna detektorn 56 men är synkroniserad med oscillatorn 18, som är ansluten till den cykliska transorns linjal (jämför även fig. 1 och 3). _ Detektorn 71 efterföljes av en linjär analog-digitalomvand~ lare'72, som till centralenhetrn avger ett digitalt tal, som är pro- iportionellt mot toppvärdct av signalerna som alstras av de båda lindningarna 28 och 29 på den cykliska transorns löpare.

A Användandet av ett enda förstärknings- och omvandlingssys- tem, som delas mellan den cykliska transorns sinus- och kosinuskana- 7805231-3 7 ler, har stort praktiskt värde, eftersom identiteten mellan de båda kanalernas förstärkningar härigenom säkerställes. Förhållandet mel- lan de digitala värdena över omvandlarens 72 utgång relativt spänning- arna över utgången från de båda löparlindningarna på den cyliska tran- sorn beror med detta system icke på förstärknings- och omvandlinge- kanalens förstärkning. Detta gör systemet ytterst ekonomiskt, ef- tersom någon användning av precisionsförstärkare icke erfordras på grund av det faktum att systemets noggrannhet icke beror på absolut- värden utan helt enkelt på förhållandet mellan spänningarna över lö- parlindningarnas utgång.

För att säkerställa att respektive cykel vid den cykliska transorn kan identifieras korrekt, väljes absoluttransorns selek- tivitet lika med en halv cykel hos den cykliska transorn. Med denna selcktivítet behöver den relativa inriktningen och avläsningsfelet mellan den cykliska transorn och absoluttransorn endast vara mindre än en halv cykel hos den cykliska transorn för säkerställande av att respektive cykel hos den cykliska transorn identifieras korrekt.

För säkerställande av samoríentering mellan de båda transorer- na och för minimcríng av kostnaderna är vid det 1 fig. 3 visade exemp- let de båda transorerna fotoetsade på samma ledarskikt, som är fäst på samma stålband.

Under användande av detta system utföres samtliga tillverk- ningssteg samtidigt för hela linjalen dvs. för båda transorerna.

Det blir således exempelvis en enda operation för att häfta ledar- skiktet på stålbandet, ett enda påförande av fotoresist, en enda fotografisk exponering, en enda framkallningsoperation och en enda etsoperation.

Som ett alternativ kan ledarskikten avseende de båda transo- rerna fästas på motsatta sidor av bandet. Absoluttransorn kan vida- re framställas för sig och kombineras med en känd cyklisk transor först vid monteringsstadíct.

En särskilt intressant lösning som användes för att minimera det utrymme som upptages av den kompletta transorn består i att över- lagra absoluttransorn på den cykliska transorn. I detta fall kommer linjalen att formas av följande, överlagrade skikt, basmaterial, nor- malt stål; fäst- och isolermaterial; ledarskíkt med fotoetsade lin- jnllindníngarg fäst- och isolcwmatvvïul; lodavskikt (omagnetiskt ma- terial, exempelvis koppar) med fotoetsad absolutdel av transorn en- ligt ovan. Eftersom den cykliska transorn är baserad på magnetisk induktion införes inga större fel genom överlagringen av ett ledande men omagnetiskt skikt.

Claims (1)

1. f -7s o sl2s1- s I 8 '_Vad som ovan beskrivits beträffande en-linjär transor kan 'lika väl tillämpas vid kända typer av cykliska vinkeltransorer såsom 'exempelvis den roterande induktosynen. - _ For att undvika tvetydighet vid den punkt, där koden motsva- rande 359° ändras till den kod som motsvarar 00 måste en givare ad- deras till löparen för erhållande av en extra signal, vilken kan an- vändas för att identifiera detta specifika läge. ' _ I "Patentkrav A Absolutlägestransor för_linjära mätningar och Vinkelmätningar, k ä n.n5e t e e k n a d av dels en cyklísk precisionstransor '(20, 22) med induktivt kopplade ledande mönster (22, 28, 29) på mot- stående ytor av två i förhållande till varandra rörliga-organ (21, 27), varvid varje mönster har ledare, som är likformigt fördelade med ett och samma avstånd mellan dem motsvarande en mätcykel, vari- genom en elektrisk krets (60, 71)-kan förbindas med mönstren i ända- mål att ge ett mått på det inbördes läget mellan de rörliga organen 'inom en cykel, dels en binärt kodad absoluttransor innefattande ett första ledande mönster (2H, 25) på en motstäende yta av de rörliga organen, vilket mönster omfattar ett flertal kodband (A, B, C, D, E, F), som är elektriskt förbundna med varandra, varvid varje band har olika bredd omväxlande med mellanrum och bredden hos banden skär jer sig en faktor lika.med Bn gånger mätcykeln, där n är noll eller ett positivt heltal, och vilket mönster är induktivt kopplatÄmed, ett andra mönster på den andra motstående ytan av de rörliga orga- nen, vílket andra mönster omfattar ett flertal givare (30, 31, 32, 55, BH, 35), vilka var och en är belägna i linje med vart och ett av banden (A, B, C, D, E, F), varigenom en elektrisk spänningskälla ikan_anslntas till det första mönstret och spänningsdetektorer (53, _ 56) anslutas till givarna, så att de på givarna detekterade spänning- arna ger en otvetydig indikation på en speciell mätcykel motsva- _ rande ett speciellt inbördes läge mellan organen..