WO1990003553A1 - Verfahren und vorrichtung zur absoluten positionsbestimmung an einer drehachse - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur absoluten positionsbestimmung an einer drehachse Download PDF

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WO1990003553A1
WO1990003553A1 PCT/EP1989/001104 EP8901104W WO9003553A1 WO 1990003553 A1 WO1990003553 A1 WO 1990003553A1 EP 8901104 W EP8901104 W EP 8901104W WO 9003553 A1 WO9003553 A1 WO 9003553A1
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axis
rotation
cycle
absolute
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PCT/EP1989/001104
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Inventor
Daniel Hobmaier
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Daniel Hobmaier
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G05B19/4015—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes going to a reference at the beginning of machine cycle, e.g. for calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains

Definitions

  • the invention relates to a method for absolute position determination on an axis of rotation and the associated device with the features in the preamble of the main method and device claim.
  • absolute position measuring systems are used for absolute position determination, the measuring range of which is greater than the possible rotational path of the axis. These systems output a defined absolute position value for each axis position, which can be used directly in the machine control or elsewhere.
  • Such measuring systems consist in principle of two parts, namely a cyclically absolute precision measuring system, which is used for the precise determination of the angular position of the axis of rotation. Its cycle is usually limited to one revolution of the axis. If the axis makes several revolutions, a coarse system, which is absolute over the entire measuring range, is used to determine the cycle in which the precision measuring system is located. Depending on the number of possible axis rotations, the coarse measuring device itself is divided into several stages.
  • the previously known absolute position measuring system has the disadvantage that, due to its multiple stages, it requires considerable construction work, which increases with the number of axis rotations to be checked. Its area of application is limited to a certain cycle and can only be expanded through upstream reductions or additional levels in the position measuring system. Due to its size, it can not at any point Axis of rotation must be arranged, and sometimes must be housed in vulnerable places.
  • the invention solves this problem with the features in the main method and device claim.
  • a cyclically absolute position encoder is used, the cycle of which is smaller than the rotational range of the axis.
  • the position encoder transmits an absolute position value only within its cycle.
  • the absolute position values are compared and evaluated.
  • the absolute position value that is ultimately available consists of a low-value part that corresponds to the position of the position encoder and a higher-value part that corresponds to the cycle in which it is located.
  • the position measuring system according to the invention has an arbitrarily expandable working range and is suitable for all types of axes.
  • the translatory movement can be converted into a rotary movement.
  • the implementation is then considered as the axis of rotation.
  • the position measuring system has a single-stage position transmitter, that is to say only one precision measuring device.
  • the position encoder can also be a multi-stage cyclical absolute encoder be formed, the cycle is smaller than the measuring range.
  • the position sensor can be of any design, for example as an optically scanning sensor, potentiometer, resolver or the like. It is coupled to a comparison circuit, which can be assigned to the position measuring system as an independent hardware component. However, the comparison circuit can also be integrated in the machine control, for example in the case of a manipulator or a multi-axis industrial robot. In the control, the comparison, evaluation and storage operations can be carried out via a special program part in the computer unit which is already present.
  • the position transmitter can query the position values continuously or in cycles.
  • continuous polling the direction of rotation and the cycle change are obtained directly from a comparison of the position values according to size and sequence.
  • intermittent polling there are different variants depending on the height of the maximum possible rotational speed and acceleration of the rotary axis or the encoder axis as well as the available cycle time.
  • the direction of rotation can be continuously monitored in addition to the cycle change. If the axis has higher rotational speeds and the cycle time is limited, a second option can be used. Here, the maximum speed is queried at least once per cycle, but the cycle does not go through completely between two queries. In this variant, the direction of rotation detection is only queried at a relatively low speed and then switched off. Above this threshold, the speed is like this high that changes of direction of rotation within the cycle time are not possible with the maximum acceleration available.
  • the position measuring system When starting up, the position measuring system assumes a preset value. In order to register any intermittent rotations when switching off and restarting, the end and start position values are checked for equality. If they differ from one another within a specified tolerance, the system should be readjusted. To further increase safety, the position values continuously monitor whether the axis is rotating or not. The corresponding status is continuously saved and queried when restarting. If the axis was in motion when switching off, a new adjustment is also recommended.
  • the position measuring system according to the invention can be used not only to determine the output position of the axis of rotation, but also to check and control a three-phase motor. This saves the position encoder required for proper field control. This has a particular impact on three-phase motors with sinus feed that require a position encoder that measures relatively precisely.
  • the position measuring system it may be necessary to readjust and preset the number of cycles by carrying the number of cycles in an electrical counter in the event of malfunctions.
  • the adjustment must be easy, quick and safe to carry out during the operating time, which is not possible with the known mechanical depth gauges with manual operation.
  • the invention solves this additional task aspect with the subordinate method and device claim.
  • the method according to the invention and the associated device can also be used successfully in connection with absolute or relative position measuring systems according to the prior art.
  • position measuring system according to the invention they decisively shorten the adjustment times and enable automatic adjustment with a high degree of measurement reliability and reproducibility.
  • an adjustment run can be inserted briefly before restarting the machine.
  • the area of application also extends to linear axes or the mutual adjustment of any machine parts.
  • Markings on the axis are used to indicate the mechanical zero position, preferably notches, humps or other clearly detectable contour changes.
  • the surface of the axis and the marking is scanned mechanically or without contact by a scanning device.
  • the scanning method can be carried out optically, for example with a forked light barrier and a marking in the form of a switching flag, by inductive or capacitive scanning of local field changes or the like.
  • With the preferred contour scanning which can also take place mechanically or without contact, only the relative changes in height are monitored. The scanning device therefore does not have to be adjusted in relation to the axis.
  • the notch base or hump vertex defining the mechanical zero point is recognized as a jump point in the height change signal and leads to storage and / or occupation of the position value of the position measuring system carried along.
  • the actual position value of the precision measuring device is stored and, at the same time, the higher-value part corresponding to the cycle is newly preset. The complete actual position value is saved. If the precision measuring device is firmly adjusted, it is only sufficient to preset the number of cycles. In the case of relative systems, such as incremental counters or the like, the reference point is occupied and redefined.
  • a jump point occurs when a notch or hump flank determined by a change in height merges into the base or apex or the opposite flank and the change in height changes accordingly. This change in the change in height can be detected reliably and precisely and evaluated with high reliability in terms of signal technology.
  • the duration of the pending change in height signal is advisable to monitor the duration of the pending change in height signal in order to reliably distinguish the zero mark from surface defects on the axis.
  • the characteristics of the marking e.g. Length of the notch flank, duration of the optical darkening, sequence of light / dark fields or the like can also be described more precisely and stored in the control. When scanning, the features found are compared with the stored ones for more precise identification of the marking. A complete comparison of types can also take place.
  • the scanning device can be designed differently, for example as a contactless optical, inductive, capacitive button or the like. It preferably has a mechanical sensor that follows the surface contour of the relatively moving axis and is coupled to an electrical measuring device, for example a coil. The measuring device preferably emits a binary-coded signal, which is recommended for reporting jump locations and for further processing in modern control systems.
  • Fig. 3 a scanning device for zero adjustment of an axis of rotation
  • a six-axis industrial robot (10) with a rocker (11), a boom (12) and a robot hand (13) is shown.
  • the various parts of the robot hand (13) are actuated via three axes (2) which are spread apart on the end of the arm (12) and driven by brushless three-phase motors (9).
  • the axes of rotation (2) continue in the rotor shafts (8), at each end of which a position measuring system (1) is arranged. Both the absolute rotational position of the axes (2) and the angular position of the rotor shaft (8) with its permanent magnets with respect to the external rotating field windings are measured via the position measuring systems (1) and reported to the control of the industrial robot (10).
  • the position measuring systems (1) have cyclically absolute rotary encoders (3), here in the form of resolvers, which emit an absolute signal, for example 12 bits, within one motor revolution or within a part of the motor revolution in the case of multi-pole design.
  • the axes of rotation (2) can rotate as far as desired, although cyclically absolute position encoder (3), each rotational position can be determined absolutely according to the number of cycles and angular position in the last cycle.
  • Figure 2 shows schematically the structure of the position measuring system (1). It consists of the aforementioned position sensor (3), which is constructed in one step and has only one precision measuring device (4), here in the form of an absolute value disc.
  • the absolute disc (4) is connected to the axis of rotation (2) directly or via a gear ratio. In the direct connection shown, the cycle of the disc (4) corresponds to one revolution of the axis of rotation (2).
  • the absolute value disc (4) is coded and shows 2 n different positions, for example 1024.
  • the position value read optically, electrically or in some other way is fed to a comparison circuit (5) with a memory (6) and a counter (7).
  • the comparison circuit (5) determines the direction of rotation of the axis (2) and the number of cycles from the measured absolute position values by comparison and evaluation and outputs a corresponding absolute position and direction signal to the robot controller.
  • the comparison circuit (5) is designed in terms of hardware as a separate electronic circuit which is directly associated with the position transmitter (3) and is accommodated in its housing. In the exemplary embodiment in FIG. 1, however, the comparison circuit (5) is integrated in the robot controller and is implemented by a program part in the computing unit.
  • a complete absolute position value consists of a low-value part, which corresponds to the position of the position transmitter (3) or the fine measuring device (4), and a higher-value part, which corresponds to the cycle in which the fine measuring device (4) is located.
  • Position measuring system (1) the higher value part at a known position of the axis of rotation (2) is preset to the corresponding value, for example zero for axis stop. From this point on, a cycle change of the fine measuring device (4) is monitored. If there is a change in the direction defined as positive, the higher value part in counter (7) is increased by 1, with a change in the corresponding negative direction it is decreased by 1.
  • the position values of the precision measuring device (4) are interrogated in cycles, temporarily stored in the comparison circuit (5) and compared with one another. There are several options for this:
  • the position of the fine measuring device (4) changes with 2 n different positions per cycle (here one revolution) between two machining or query times by less than 2 n ⁇ . In other words, less than half the cycle runs between two queries.
  • the polling cycle and the maximum speed of rotation of the encoder axis which is identical to the axis of rotation (2) here, are coordinated accordingly.
  • a cycle change took place when the amount of the position difference of the precision measuring device values between the current position P t and P_ t _ 1 at the previous processing or query time is greater than or equal to 2 n , ie is 1/2 cycle length. Since at maximum speed of rotation of the axis (2) between two polling times only less than half of the available positions can be covered, a higher absolute value of the position difference can only be explained with a zero crossing, ie a cycle change. Conversely, an amount means Position difference of less than half of the available positions that there is no cycle change. Since only the amount of the position difference is considered, the distinction applies to both the positive and the negative axis rotation direction.
  • the position of the precision measuring device (4) with 2 n positions changes by less than 2 n between two processing or query times.
  • the position sensor (3) so that at least queried 'once in a cycle.
  • the maximum possible position change speed b ie the acceleration of the encoder axis or axis of rotation (2), is less than n — 2 or equal to 2 between two processing times.
  • the maximum speed of rotation of the encoder axis or the axis of rotation (2) can be significantly higher than in variant 1.
  • the direction detection is switched off and the direction that was present at the time of departure was used as the current direction of rotation. This applies until the speed drops below the threshold again and direction detection is switched on again in accordance with variant 1.
  • are recognized if the position P. of the precision measuring system at the current point in time with a recognized negative direction is greater than the position P t _ ⁇ at the last time of the query. If the positive direction is detected, however, P. is smaller than p tr
  • cycle changes are recognized: t > P t _ ⁇ -> cycle change with negative direction of rotation t ⁇ P t _ 1 -> cycle change with positive direction of rotation
  • the initial position values and the movements of the axis of rotation checked. This ensures that the calculated absolute actual position value matches the actual rotational position of the axis (2).
  • the last position value of the position transmitter (3) is stored in the memory (6) in the comparison circuit (5) and is retained even if the position measuring system (1) is switched off or there is a power failure. If the first newly queried position value after restarting the rotary axis (2) and the position measuring system (1) varies by more than an approved tolerance value from the last saved position value, the correspondence between the rotational position of the axis (2) and the calculated actual position value is no longer guaranteed.
  • the necessary tolerance results from system-specific fluctuations, for example thermal expansion and the like. If the tolerance is exceeded, the axis is readjusted and the higher-value position part, i.e. the number of cycles, preset again.
  • the comparison circuit (5) continuously checks whether the measured position values change or stand still, i.e. whether the axis (2) rotates or stands. This status is saved on an ongoing basis and also remains saved when the device is switched off or in the event of a power failure.
  • the status is queried when the rotary axis (2) and the position measuring system (1) are restarted. If it turns out that the axis (2) is not at a standstill when the position measuring system (1) is switched off or uncoupled, the correctness of the absolute position value can also no longer be guaranteed.
  • the axis (2) is readjusted and the higher position part is preset again. Modifications to the above-described embodiments are possible in various ways.
  • the position transmitter (3) can be connected to the axis of rotation (2) via a translation. According to the translation, its cycle and the position change speed change when reading.
  • the cycle of the position encoder can also be smaller than a complete revolution or encoder axis revolution.
  • the position transmitter (3) can also be designed in several stages, so that its cycle corresponds, for example, to 2 n revolutions of the axis, for example 512 revolutions.
  • a previously known position transmitter in the working area can thus be expanded as desired beyond its cycle.
  • the type of coding of the position transmitter can also vary. At extreme axis speeds, the cycle time for the queries can be shortened or the aforementioned translation can be switched between the rotary axis and the position encoder.
  • FIGS. 3 and 4 show a scanning device (14), with the aid of which an axis of rotation (2) according to FIG. 3 or a linear axis (22) according to FIG. 4 can be adjusted to the mechanical zero position.
  • the axis of rotation (2) is, for example, a manipulator or robot axis.
  • the axes (2, 22) can be moved in relation to an axis housing or a holder (17) for the scanning device (14), the mutual distance remaining the same. They are connected to a position measuring system (not shown), preferably a system according to FIGS. 1 and 2, which indicates their position relative or absolute.
  • the scanning device (14) is designed as an electronic measuring probe. It has a housing (18) from which a spring-loaded mechanical sensor (15) protrudes downwards towards the surface of the axes (2, 22) and scans this surface during the relative movement.
  • the Scanning device (14) can be detachable for individual measurements or permanently connected to the axle housing or the holder (17) for continuous operation. The latter is recommended for axis and position encoder adjustment on manipulators or real axis industrial robots.
  • the search is started from a marked axis position.
  • the sensor (15) is immersed in a measuring notch (19) which represents the mechanical zero point of the axis (2,22).
  • a survey can also serve as a marker.
  • the sensor (15) moves downward on the falling notch flank during the relative movement, slides over the notch base (20) and then rises again on the other notch flank .
  • a measuring device (16) is arranged in the housing (18) of the probe (14) and monitors and measures the relative height movement of the sensor (15). Parts of the measuring device (16) can also be external, e.g. be arranged in the machine control.
  • the probe (14) emits a binary coded signal corresponding to the relative change in height of the sensor (15). It has two digital outputs:
  • the signal from the measuring device (16) stores the current actual position value reported by the absolute precision measuring system carried along.
  • the cycle value is simultaneously set to zero.
  • the time in which a signal (10 or 01) indicating the change in height is present is also measured in the measuring device (16) or the machine control.
  • the time represents a reference value for the flank length of the depression or elevation. Only when the signal is constant over a predetermined minimum duration approximately corresponding to the edge length is the subsequent signal change registered and evaluated, ie the actual position value is stored. Surface errors cannot falsify the adjustment result.
  • the position value in the middle of the notch base (20) can be determined from the actual position value initiated by the probe (14) when entering the notch base (10 - 11 transition) and the actual position value when leaving the notch base (11 - 01 transition) ( corresponds to the mechanical zero). If there is no notch back, the actual value in the mechanical zero point is identical to the actual value at the 10 - 01 transition of the button.
  • the search is carried out several times, in particular twice, whereby the direction of movement of the axis (2, 22) can remain the same or change.
  • the position values stored in each run are compared with each other for a tie. Deviations outside the tolerance lead to the termination of the adjustment and require troubleshooting.

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Abstract

Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung an einer Achse, insbesondere einer Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Drehachse verbundener zyklisch absoluter Positionsgeber mindestens einmal pro Zyklus abgefragt wird, wobei die abgefragten Absolutwerte zwischengespeichert werden, und daß der aktuelle Absolutwert mit dem jeweils vorhergehenden Absolutwert verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Drehrichtung bestimmt und die Zyklenwechsel gezählt werden.

Description

B E S C H R E I B U N G
Verfahren und Vorrichtung zur absoluten Positionsbestimmung an einer Drehachse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung an einer Drehachse sowie die zugehörige Vorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs.
Zur absoluten Positionsbestimmung werden in der Praxis absolute Positionsmeßsysteme eingesetzt, deren Meßbereich größer als der mögliche Drehweg der Achse ist. Diese Systeme geben für jede Achsenstellung einen definierten absoluten Positionswert aus, der in der Maschinensteuerung oder an anderer Stelle unmittelbar verwertbar ist. Derartige Meßsysteme bestehen im Prinzip aus zwei Teilen, nämlich einem zyklisch absoluten Feinmeßsystem, das zur genauen Bestimmung der Winkellage der Drehachse dient. Sein Zyklus ist normalerweise auf eine Achsenumdrehung beschränkt. Führt die Achse mehrere Umdrehungen aus, kommt ein grobes, über den kompletten Meßbereich absolutes System dazu, das zur Bestimmung des Zyklusses dient, in dem sich das Feinmeßsystem befindet. Entsprechend der Zahl der möglichen Achsenumdrehungen ist das Grobmeßgerät seinerseits in mehrere Stufen unterteilt.
Das vorbekannte absolute Positionsmeßsystem hat den Nachteil, daß es durch seine Mehrstufigkeit einen erheblichen Bauaufwand bedingt, der mit der Zahl der zu kontrollierenden Achsendrehungen wächst. Sein Einsatzbereich ist auf einen bestimmten Zyklus begrenzt und kann nur durch vorgeschaltete Untersetzungen oder weitere Stufen im Positionsmeßsystem erweitert werden. Durch seine Baugröße kann es auch nicht an beliebigen Stellen der Drehachse angeordnet werden, und muß manchmal an gefährdeten Stellen untergebracht werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur absoluten Positionsbestimmung an einer Drehachse aufzuzeigen, die keinen Beschränkungen im Arbeitsbereich unterliegen und einen geringeren Bauaufwand bedingen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch.
Erfindungsgemäß kommt ein zyklisch absoluter Positionsgeber zum Einsatz, dessen Zyklus kleiner als der Drehbereich der Achse ist. Der Positionsgeber vermittelt nur innerhalb seines Zyklus einen absoluten Positionswert. Um die Zahl der durchlaufenen Zyklen und auch die Drehrichtung zu bestimmen, werden die ausgegebenen absoluten Positionswerte miteinander verglichen und bewertet. Der letztendlich zur Verfügung stehende absolute Positionswert setzt sich aus einem niederwertigen Teil, der der Position des Positionsgebers entspricht und einem höherwertigen Teil zusammen, der dem Zyklus entspricht, in dem sich dieser befindet.
Das erfindungsgemäße Positionsmeßsystem hat einen beliebig ausdehnbaren Arbeitsbereich und ist für alle Arten von Achsen geeignet. Bei Linearachsen kann die translatorische in eine rotatorische Bewegung umgesetzt werden. Als Drehachse wird dann die Umsetzung betrachtet.
Das erfindungsgemäße Positionsmeßsystem hat in der bevorzugten Ausführungsform einen einstufigen Positionsgeber, also nur eine Feinmeßeinrichtung. Dies bedeutet für den Positionsgeber einen minimalen Bauaufwand und eine kleine Baugröße. Er kann dadurch an beliebigen Stellen der Drehachse plaziert werden. Der Positionsgeber kann aber auch als mehrstufiger zyklisch absoluter Geber ausgebildet sein, dessen Zyklus kleiner als der Meßbereich ist.
Der Positionsgeber kann konstruktiv beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als optisch abtastender Geber, Potentiometer, Resolver oder dergleichen. Er ist mit einer Vergleichsschaltung gekoppelt, die als eigenständiges hardwaremäßiges Bauteil dem Positionsmeßsystem zugeordnet sein kann. Die Vergleichsschaltung kann aber auch in die Maschinensteuerung, beispielsweise bei einem Manipulator oder einem mehrachsigen Industrieroboter, integriert sein. In der Steuerung können die Vergleichs-, Bewertungs- und Speicheroperationen über einen speziellen Programmteil in der ohnehin vorhandenen Rechnereinheit durchgeführt werden.
Je nach konstruktiver Ausgestaltung kann der Positionsgeber die Positionswerte kontinuierlich oder taktweise abfragen. Bei kontinuierlicher Abfrage ergibt sich aus einem Vergleich der Positionswerte nach Größe und Reihenfolge direkt die Drehrichtung und der Zykluswechsel. Bei getakteter Abfrage ergeben sich je nach Höhe der maximal möglichen Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung der Drehachse bzw. der Geberachse sowie der zur Verfügung stehenden Taktzeit unterschiedliche Varianten.
Im ersten Fall, in dem zwischen zwei Abfragen der Zyklus um weniger als die Hälfte abläuft, kann neben dem Zykluswechsel auch ständig die Drehrichtuhg überwacht werden. Falls höhere Drehgeschwindigkeiten der Achse vorliegen und die Taktzeit begrenzt ist, kann auf eine zweite Möglichkeit übergegangen werden. Hier wird bei der maximalen Geschwindigkeit mindestens noch einmal pro Zyklus abgefragt, wobei zwischen zwei Abfragen der Zyklus aber nicht ganz durchläuft. Bei dieser Variante wird die Drehrichtungserkennung nur anfangs bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit abgefragt und dann abgeschaltet. Oberhalb dieses Schwellwertes ist die Geschwindigkeit so hoch, daß Drehrichtungswechsel innerhalb der Taktzeit bei der zur Verfügung stehenden maximalen Beschleunigung nicht möglich sind.
Beim Anlauf geht das Positionsmeßsystem von einem vorbesetzten Wert aus. Um beim Abschalten und Wiederanlauf etwaige zwischenzeitliche Verdrehungen zu registrieren, werden die End- und Anfangspositionswerte auf Gleichstand überprüft. Weichen sie innerhalb einer vorgegebenen Toleranz voneinander ab, sollte das System neu justiert werden. Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit wird anhand der Positionswerte ständig überwacht, ob die Achse sich dreht oder nicht. Der entsprechende Status wird laufend abgespeichert und beim Wiederanlauf abgefragt. War die Achse beim Abschalten in Bewegung, empfiehlt sich ebenfalls eine NeuJustierung.
Das erfindungsgemäße Positionsmeßsystem kann nicht nur zur Ermittlung der Abtriebsstellung der Drehachse, sondern auch zur Kontrolle und Steuerung eines Drehstrommotors herangezogen werden. Hierdurch wird der für eine ordnungsgemäße Feldansteuerung benötigte Positionsgeber eingespart. Dies wirkt sich vor allem bei Drehstrommotoren mit Sinusspeisung aus, die einen relativ genau messenden Positionsgeber benötigen.
Beim erfindungsgemäßen Positionsmeßsystem kann durch die Mitführung der Zyklenzahl in einem elektrischen Zähler bei Betriebsstörungen eine Neujustierung und Vorbesetzung der Zyklenzahl erforderlich sein. Die Justierung muß auch während der Betriebszeit einfach, schnell und sicher durchführbar sein, was mit den bekannten mechanischen Tiefenmeßuhren mit Handbetrieb nicht möglich ist. Die Erfindung löst diesen zusätzlichen Aufgabenaspekt mit dem nebengeordneten Verfahrens- und Vorrichtungsanspruch.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung lassen sich auch in Verbindung mit absoluten oder relativen Positionsmeßsystemen nach dem Stand der Technik mit Erfolg einsetzen. Für das erfindungsgemäße Positionsmeßsystem verkürzen sie entscheidend die Justierungszeiten und ermöglichen eine automatische Justierung mit hoher Meßsicherheit und Reproduzierbarkeit. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit läßt sich vor dem Wiederanlauf der Maschine kurz ein Justierlauf einschieben. Der Anwendungsbereich erstreckt sich auch auf Linearachsen oder eine gegenseitige Justierung beliebiger Maschinenteile.
Zur Anzeige der mechanischen Nullstellung dienen Markierungen auf der Achse, vorzugsweise Kerben, Buckel oder sonstige eindeutig erfaßbare Konturänderungen. Die Oberfläche der Achse und der Markierung wird von einer Abtastvorrichtung mechanisch oder berührungslos abgetastet. Das Abtastverfahren kann optisch, beispielsweise mit Gabellichtschranke und einer Markierung in Form einer Schaltfahne, durch induktives oder kapazitives Abtasten von lokalen Feldänderungen oder dergleichen erfolgen. Beim bevorzugten Konturenabtasten, das ebenfalls mit mechanischer Berührung oder berührungslos ablaufen kann, wird nur die relative Höhenänderungen überwacht. Die Abtastvorrichtung muß daher nicht im Abstand gegenüber der Achse justiert werden. Der den mechanischen Nullpunkt definierende Kerbengrund oder Buckelscheitel wird als Sprungstelle im HöhenänderungsSignal erkannt und führt zur Speicherung und/oder Besetzung des Positionswertes des mitgeführten Positionsmeßsystems. Beim erfindungsgemäßen Positionsmeßsystem wird der Positions-Istwert der Feinmeßeinrichtung gespeichert und zugleich der dem Zyklus entsprechende höherwertige Teil neu vorbesetzt. Es erfolgt dabei eine Speicherung des kompletten Positions-Istwertes. Ist die Feinmeßeinrichtung fest justiert, genügt auch nur ein Vorbesetzen der Zykluszahl. Bei relativen Systemen, wie InkrementalZählern oder dgl. wird der Bezugspunkt neu besetzt und definiert.
Eine Sprungstelle stellt sich.ein, wenn eine durch Höhenänderung festgestellte Kerben- oder Buckelflanke in den Grund bzw. Scheitel oder die Gegenflanke übergeht und die Höhenänderung sich entsprechend wandelt. Dieser Wechsel in der Höhenänderung läßt sich zuverlässig und genau erfassen und signaltechnisch mit hoher Sicherheit auswerten.
Zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit empfiehlt sich eine Überwachung der Zeitdauer des anstehenden HöhenänderungsSignals, um die Nullstellen-Markierung zuverlässig von Oberflächenfehlern der Achse zu unterscheiden. Die Merkmale der Markierung, z.B. Länge der Kerbenflanke, Dauer der optischen Verdunkelung, Folge von Hell/Dunkelfeldern oder dgl. können auch exakter beschrieben und in der Steuerung abgelegt sein. Beim Abtasten werden die gefundenen Merkmale mit den gespeicherten zur exakteren Identifizierung der Markierung verglichen. Es kann auch ein kompletter Könrurenvergleich stattfinden.
Zur Steigerung der Betriebssicherheit kann im weiteren der Suchlauf zumindest einmal und gegebenenfalls mit anderer Bewegungsrichtung wiederholt werden. Hierdurch lassen sich temporäre, das Ergebnis verfälschende Umwelteinflüsse, wie Resonanzschwingungen oder dgl. eliminieren. Die Abtastvorrichtung kann unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise als berührungsloser optischer, induktiver, kapazitiver Taster oder dgl. Sie besitzt vorzugsweise einen mechanischen, die Oberflächenkontur der relativ bewegten Achse nachfahrenden Fühler, der mit einer elektrischen Meßeinrichtung, beispielsweise einer Spule, gekoppelt ist. Die Meßeinrichtung gibt vorzugsweise ein binär codiertes Signal ab, was sich zur Meldung von Sprungstellen und für die Weiterverarbeitung in modernen Steuerungen empfiehlt.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1: einen Industrieroboter mit mehreren Positionsmeßsystemen,
Fig. 2: einen schematischen Schaltplan des Positionsmeßsystems,
Fig. 3: eine Abtastvorrichtung zur Nullstellungsjustage einer Drehachse und
Fig. 4: eine Abtastvorrichtung zur Nullstellungsjustage einer Linearachse.
In Fig. 1 ist ein sechsachsiger Industrieroboter (10) mit einer Schwinge (11), einem Ausleger (12) und einer Roboterhand (13) dargestellt. Die verschiedenen Teile der Roboterhand (13) werden über drei Achsen (2) betätigt, die endseitig am Ausleger (12) aufgespreizt und mittels bürstenloser Drehstrommotoren (9) angetrieben werden. Die Drehachsen (2) setzen sich in den Rotorwellen (8) fort, an deren Ende jeweils ein Postionsmeßsystem (1) angeordnet ist. Über die Positionsmeßsysteme (1) wird sowohl die absolute Drehstellung der Achsen (2), als auch die Winkelstellung der Rotorwelle (8) mit ihren Permanentmagneten gegenüber den außenseitigen Drehfeldwicklungen gemessen und an die Steuerung des Industrieroboters (10) gemeldet.
Die Positionsmeßsysteme (1) verfügen über zyklisch absolute Drehgeber (3), hier in Form von Resolvern, die innerhalb einer Motorumdrehung bzw. bei mehrpoliger Ausbildung innerhalb eines Teils der Motorumdrehung ein absolutes Signal, beispielsweise 12 bit, abgeben. Die Drehachsen (2) können beliebig weit drehen, wobei trotz des zyklisch absoluten Positionsgebers (3) jede Drehstellung absolut nach Zahl der Zyklen und Winkelstellung im letzten Zyklus ermittelt werden kann.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau des Positionsmeßsystems (1). Es besteht aus dem vorerwähnten Positionsgeber (3), der einstufig aufgebaut ist und nur eine Feinmeßeinrichtung (4), hier in Form einer Absolutwertscheibe aufweist. Die Absolutwertscheibe (4) ist mit der Drehachse (2) direkt oder über eine Übersetzung verbunden. Bei der gezeigten Direktverbindung entspricht der Zyklus der Scheibe (4) einer Umdrehung der Drehachse (2). Die Absolutwertscheibe (4) ist kodiert und zeigt 2n verschiedene Positionen, beispielsweise 1024.
Der optisch, elektrisch oder auf sonstige Weise abgelesene Positionswert wird einer Vergleichsschaltung (5) mit einem Speicher (6) und einem Zähler (7) zugeführt. Die Vergleichsschaltung (5) ermittelt aus den gemessenen Positionsabsolutwerten durch Vergleich und Bewertung die Drehrichtung der Achse (2) sowie die Zahl der Zyklen und gibt ein entsprechendes absolutes Positions- und Richtungssignal an die Robotersteuerung ab. Die Vergleichsschaltung (5) ist im gezeigten Ausführungsbeispiel hardwaremäßig als separate elektronische Schaltung ausgeführt, die dem Positionsgeber (3) direkt zugeordnet und in seinem Gehäuse untergebracht ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hingegen ist die Vergleichsschaltung (5) in die Robotersteuerung integriert und wird durch einen Programmteil in der Recheneinheit realisiert.
Ein kompletter absoluter Positionswert setzt sich aus einem niederwertigen Teil, der der Stellung des Positionsgebers (3) bzw. der Feinmeßeinrichtung (4) entspricht und einem höherwertigen Teil, der dem Zyklus entspricht, in dem sich die Feinmeßeinrichtung (4) befindet, zusammen. Einmalig, bei Inbetriebnahme oder Neujustierung "des
Positionsmeßsystems (1) wird der höherwertige Teil an einer bekannten Position der Drehachse (2) auf den entsprechenden Wert, beispielsweise Null für Achsenanschlag, vorbesetzt. Ab diesem Zeitpunkt wird ein Zyklenwechsel der Feinmeßeinrichtung (4) überwacht. Findet ein Wechsel in der als positiv definierten Richtung statt, wird der höherwertige Teil im Zähler (7) um 1 erhöht, bei einem Wechsel in entsprechend negativer Richtung um 1 erniedrigt.
Hierzu werden die Positionswerte der Feinmeßeinrichtung (4) taktweise abgefragt, in der Vergleichsschaltung (5) zwischengespeichert und miteinander verglichen. Hierfür gibt es mehrere Varianten:
Variante 1:
Es wird vorausgesetzt, daß sich die Position der Feinmeßeinrichtung (4) mit 2n verschiedenen Positionen pro Zyklus (hier eine Umdrehung) zwischen zwei Bearbeitungs¬ bzw. Abfragezeitpunkten um weniger als 2n~ ändert. Anders gesagt läuft zwischen zwei Abfragen weniger als der halbe Zyklus ab. Hierzu sind der Abfragetakt und die maximale Drehgeschwindigkeit der Geberachse, die hier mit der Drehachse (2) identisch ist, entsprechend aufeinander abgestimmt.
Ein Zyklenwechsel fand statt, wenn der Betrag der Positionsdifferenz der Feinmeßeinrichtungswerte zwischen aktueller Position Pt und P_t_1 zum vorigen Bearbeitungs- bzw. Abfragezeitpunkt größer oder gleich 2n ist, d.h. der 1/2 Zykluslänge ist. Nachdem bei maximaler Drehgeschwindigkeit der Achse (2) zwischen zwei Abfragezeitpunkten nur weniger als die Hälfte der zur Verfügung stehenden Positionen überstrichen werden kann, läßt sich ein höherer Betragswert der Positionsdifferenz nur mit einem Null-Durchgang, d.h. einem Zyklenwechsel erklären. Umgekehrt bedeutet ein Betrag der Positionsdifferenz von weniger als der Hälfte der zur Vefügung stehenden Positionen, daß kein Zykluswechsel vorliegt. Nachdem nur der Betrag der Positionsdifferenz betrachtet wird, gilt die Unterscheidung sowohl für die positive als auch die negative Achsdrehrichtung.
|p -p | = 2n ja -> Zyklenwechsel nein -> kein Zyklenwechsel.
Ist bei einem erkannten Zyklenwechsel der aktuelle Postionswert Pt der Feinmeßeinrichtung (4) größer als der Positionswert Pt , zum vorigen Bearbeitungs- bzw. Abfragezeitpunkt, fand ein Zyklenwechsel in negatier Richtung statt, andernfalls in positiver Richtung.
Es wurde Zyklenwechsel erkannt:
p > p . -> Zyklenwechsel in negativer Richtung P < P . -> Zyklenwechsel in positiver Richtung t» U»""*JL
Fand kein Zyklenwechsel statt, entspricht die Drehrichtung dem Vorzeichen der Positionsdifferenz P. - t-1.
Variante 2:
Es wird diesmal vorausgesetzt, daß sich zwischen zwei Bearbeitungs- bzw. AbfrageZeitpunkten die Position der Feinmeßeinrichtung (4) mit 2n Positionen um weniger als 2n ändert. Der Positionsgeber (3) wird damit' mindestens einmal in seinem Zyklus abgefragt. Außerdem ist die maximal mögliche Positionsänderungsgeschwindigkeit b, d.h. die Beschleunigung der Geberachse bzw. Drehachse (2), kleiner n—2 oder gleich 2 zwischen zwei BearbeitungsZeitpunkten. Unter dieser Voraussetzung kann die maximale Drehgeschwindigkeit der Geberachse bzw. der Drehachse (2) wesentlich höher als bei der Variante 1 sein. Ausgehend vom Stillstand, z.B. bei Einschalten der Drehachse (2) und des Positionεmeßsystems (1), wird bis zu einer betragsmäßigen Geschwindigkeit von
' l»t - pt-ι l ≤ ~' ~ b gemäß Variante 1 verfahren. Dieser Schwellwert hängt maßgeblich von der maximal möglichen Achsenbeschleunigung ab. Entsprechend Variante 1 wird bis zum Erreichen des Schwellwertes der Achsengeschwindigkeit mindestens zweimal pro Zyklus abgefragt, wobei zwischen zwei
Abfragezeitpunkten weniger als die Hälfte der zur Verfügung stehenden Positionen überstrichen wird.
Übersteigt die Geschwindigkeit den vorgenannten Schwellwert, wird die Richtungserkennung abgeschaltet und als aktuelle Drehrichtung die Richtung verwendet, die zum AbsehaltZeitpunkt vorlag. Dies gilt, bis die Geschwindigkeit wieder unter den Schwellwert sinkt und die Richtungserkennung entsprechend Variante 1 wieder zugeschaltet wird.
Zyklenwechsel bei einer Geschwindigkeit > |2n - b| werden erkannt, wenn die Position P. des Feinmeßsystems zum aktuellen Zeitpunkt bei erkannter negativer Richtung größer als die Position Pt_ι zum letzten Abfragezeitpunkt ist. Bei erkannter positiver Richtung ist hingegen P. kleiner als pt-r
Bei erkannter oder vorgegebener Drehrichtung werden Zyklenwechsel erkannt: t > Pt_ι -> Zyklenwechsel bei negativer Drehrichtung t < Pt_1 -> Zyklenwechsel bei positiver Drehrichtung Bei einem abgeschalteten Positionsmeßsystem (1) können Zyklenwechsel nicht erkannt werden. Um die Sicherheit gegen unbemerkte Achsenverdrehungen zu erhöhen, werden die Positionsanfangswerte und die Bewegungen der Drehachse überprüft. Hierdurch wird die Übereinstimmung des berechneten absoluten Positions-Istwertes mit der tatsächlichen Drehstellung der Achse (2) sichergestellt.
In der Vergleichsschaltung (5) wird der jeweils letzte Positionswert des Positionsgebers (3) im Speicher (6) abgelegt und bleibt auch bei einem Abschalten des Positionsmeßsystems (1) oder einem Stromausfall erhalten. Variiert der erste neu abgefragte Positionswert nach Wiederanlauf der Drehachse (2) und des Positionsmeßsystems (1) um mehr als einen zugelassenen Toleranzwert vom zuletzt gespeicherten Positionswert, ist die Übereinstimmung zwischen Drehstellung der Achse (2) und dem berechneten Positions-Istwert nicht mehr gewährleistet. Die notwendige Toleranz ergibt sich aus anlagenspezifischen Schwankungen, beispielsweise Wärmedehnungen und dergleichen. Bei Überschreiten der Toleranz wird die Achse neu justiert und der höherwertige Positionsteil, d.h. die Zykluszahl, erneut vorbesetzt.
Während des Betriebs wird über die Vergleichsschaltung (5) ständig kontrolliert, ob sich die gemessenen Positionswerte ändern oder still stehen, d.h. ob die Achse (2) sich dreht oder steht. Dieser Status wird laufend abgespeichert und bleibt ebenfalls beim Abschalten oder bei Stromausfall gesichert.
Beim Wiederanlauf der Drehachse (2) und des Positionsmeßsystems (1) wird der Status abgefragt. Ergibt sich, daß beim Ausschalten bzw. Abkoppeln des Positionsmeßsystems (1) die Achse (2) nicht stillstand, ist die Korrektheit des absoluten Positionswertes ebenfalls nicht mehr gewährleistet. Die Achse (2) wird neu justiert und der höhere Positionsteil erneut vorbesetzt. Abwandlungen der vorbeschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen kann der Positionsgeber (3) über eine Übersetzung mit der Drehachse (2) verbunden sein. Entsprechend der Übersetzung ändert sich sein Zyklus und die Positionsänderungsgeschwindigkeit beim Ablesen. Der Zyklus des Positionsgebers kann auch kleiner als eine komplette Dreh- oder Geberachsenumdrehung sein. Der Positionsgeber (3) kann ferner mehrstufig ausgebildet sein, wodurch sein Zyklus beispielsweise 2n Umdrehungen der Achse entspricht, z.B. 512 Umdrehungen. In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der VergleichsSchaltung (5) kann damit auch ein vorbekannter Positionsgeber im Arbeitsbereich über seinen Zyklus hinaus beliebig erweitert werden. Variieren kann auch die Art der Kodierung des Positionsgebers. Bei extremen Achsengeschwindigkeiten kann die Taktzeit für die Abfragen verkürzt oder die vorgenannte Übersetzung zwischen die Drehachse und den Positionsgeber geschaltet werden.
Fig. 3 und 4 zeigen eine Abtastvorrichtung (14), mit deren Hilfe eine Drehachse (2) gemäß Fig. 3 oder eine Linearachse (22) gemäß Fig. 4 auf die mechanische Nullstellung justiert werden kann. Bei der Drehachse (2) handelt es sich beispielsweise um eine Manipulator- oder Roboterachse. Die Achsen (2,22) sind gegenüber einem Achsengehäuse bzw. einer Halterung (17) für die Abtastvorrichtung (14) bewegbar, wobei der gegenseitige Abstand gleich bleibt. Sie sind mit einem Positionsmeßsystem (nicht dargestellt) verbunden, vorzugsweise einem System gemäß Fig. 1 und 2, das ihre Stellung relativ oder absolut anzeigt.
Die Abtastvorrichtung (14) ist als elektronischer Meßtaster ausgebildet. Sie weist ein Gehäuse (18) auf, aus dem nach unten ein federbelasteter mechanischer Fühler (15) in Richtung zur Oberfläche der Achsen (2,22) herausragt und diese Oberfläche bei der Relativbewegung abtastet. Die Abtastvorrichtung (14) kann für Einzelmessungen lösbar oder für Dauerbetrieb fest mit dem Achsgehäuse bzw. der Halterung (17) verbunden sein. Letzteres empfiehlt sich für die Achsen- und PositionsgeberJustierung an Manipulatoren oder ehrachsigen Industrierobotern.
Der Suchlauf wird von einer markierten Achsposition aus gestartet. Der Fühler (15) taucht dabei in eine Meßkerbe (19) ein, die die mechanische Nullstelle der Achse (2,22) repräsentiert. Alternativ kann als Markierung auch eine Erhebung dienen.
In der Meßkerbe (19), die in dem strichpunktierten Kreis vergrößert dargestellt ist, bewegt sich der Fühler (15) während der Relativbewegung auf der abfallenden Kerbenflanke nach unten, gleitet über den Kerbengrund (20) und steigt anschließend wieder auf der anderen Kerbenflanke nach oben.
Im Gehäuse (18) des Meßtasters (14) ist eine Meßeinrichtung (16) angeordnet, die die relativen Höhenbewegung des Fühlers (15) überwacht und mißt. Teile der Meßeinrichtung (16) können auch extern, z.B. in der Maschinensteuerung angeordnet sein. Der Meßtaster (14) gibt ein der relativen Höhenänderung des Fühlers (15) entsprechendes, binär codiertes Signal ab. Er besitzt zwei digitale Ausgänge:
Ausgang 1
1 1 Abstand Taster-Untergrund bleibt gleich 1 0 " " " vergrößert sich 0 1 " " " verringert sich Die Achse (2,22) wird von Hand bis kurz vor die Stelle gefahren, wo die mechanische Null sich befindet. Die anzufahrende Stelle kann z.B. durch Pfeile gekennzeichnet sein. Wird dann die Maschine eingeschaltet, bewegt sich die Achse (2,22) mit der in der Steuereinrichtung der Maschine oder des Roboters eingestellten Richtung und Geschwindigkeit, und der Fühler (15) des Meßtasters (14) läuft dabei durch die Meßkerbe (19). Der Meßtaster (14) liefert für die gezeigte Kerbenform mit flachem Grund folgende Signale über die Ausgangsleitung (23) an die Steuereinrichtung der Maschine bzw. des Roboters:
11 -> Abstand Taster-Untergrund gleichbleibend, Fühler noch vor der Kerbe
10 -> Abstand Taster-Untergrund vergrößert sich, d.h.
Kerbe gefunden
11 -> Abstand Taster-Untergrund gleich, d.h. Fühler auf
Kerbengrund
01 -> Abstand Taster-Untergrund verringert sich, d.h. Fühler verläßt die Kerbe.
Bei einer V-förmigen Kerbe, in deren Grund der Fühler (5) unter gleichzeitiger Anlage an beiden Flanken eintritt, entfällt das Signal 11 am Kerbengrund (20). Es erfolgt ein direkter Umschlag von 10 auf 01.
An den Sprungstellen in der Kerbe (19), wo die Flanke in den Kerbengrund oder die Gegenflanke übergeht, bewirkt das Signal der Meßeinrichtung (16) eine Speicherung des aktuellen, vom mitgeführten absoluten Feinmeßsystem gemeldeten Positions-Istwertes. Für das zyklisch absolute Positionsmeßsystem gemäß Fig. 1 und 2 wird zugleich der Zykluswert auf Null gesetzt. In der Meßeinrichtung (16) oder der Maschinensteuerung wird auch die Zeit gemessen, in der ein die Höhenänderung anzeigendes Signal (10 oder 01) ansteht. Die Zeit repräsentiert einen Referenzwert für die Flankenlänge der Vertiefung oder Erhebung. Erst wenn das Signal über eine vorgegebene, der Flankenlänge in etwa entsprechenden Mindestdauer konstant ist, wird der nachfolgende Signalwechsel registriert und ausgewertet, d.h. der Positions-Istwert gespeichert. Oberflächenfehler können damit das Justierergebnis nicht verfälschen.
Aus dem vom Meßtaster (14) initiierten Positions-Istwert beim Eintreten in den Kerbengrund (10 - 11 Übergang) und dem Positions-Istwert beim Verlassen des Kerbengrundes (11 - 01 Übergang) läßt sich der Positionswert in der Mitte des Kerbengrundes (20) (entspricht der mechanischen Nullstelle) berechnen. Bei spielfreiem Kerbengrund ist der Istwert in der mechanischen Nullstelle identisch mit dem Istwert beim 10 - 01 Übergang des Tasters.
Der Suchlauf wird mehrmals, insbesondere zweimal durchgeführt, wobei die Bewegungsrichtung der Achse (2,22) gleichbleiben oder wechseln kann. Die in jedem Lauf gespeicherten Positionswerte werden miteinander auf Gleichstand verglichen. Abweichungenaußerhalb der Toleranz führen zum Abbruch der Justage und bedingen eine Fehlersuche.
Zusammen mit der bekannten Verschiebung bzw. Differenz zwischen der mathematischen bzw. elektrischen Null und der mechanischen Null kann die Zuordnung elektrischer Achs-Istwert zum mechanischen Achsabtriebswinkel berechnet werden. S T Ü C K L I S T E
Positionsmeßsystem Drehachse, Roboterachse Positionsgeber, zyklisch absolut Feinmeßeinrichtung, Absolutwertscheibe Vergleichsschaltung Speicher Zähler Rotorwelle Drehstrommotor Manipulator, Industrieroboter Schwinge Ausleger Roboterhand Abtastvorrichtung, elektronischer Meßtaster Fühler Meßeinrichtung Achsgehäuse, Halterung Gehäuse Meßkerbe Kerbengrund mechanische Nullstelle Linearachse Signalleitung

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. ) Verfahren zur absoluten Positionsbestimmung an einer Achse, insbesondere einer Drehachse, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß ein mit der Drehachse verbundener zyklisch absoluter Positionsgeber mindestens einmal pro Zyklus abgefragt wird, wobei die abgefragten Absolutwerte zwischengespeichert werden, und daß der aktuelle Absolutwert mit dem jeweils vorhergehenden Absolutwert verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die Drehrichtung bestimmt und die Zyklenwechsel gezählt werden.
2. ) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Positionsgeber getaktet abgefragt wird, wobei der Abfragetakt und die maximal mögliche Achsengeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen zwei Abfragen der Zyklus um weniger als die Hälfte abläuft.
3. ) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Positionsgeber getaktet abgefragt wird, wobei der Abfragetakt, die maximal mögliche Achsengeschwindigkeit und die maximal mögliche Achsenbeschleunigung so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen zwei Abfragen der Zyklus weniger als ein Mal abläuft und die maximal mögliche Beschleunigung kleiner oder gleich ein Zyklus-Viertel ist.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Abschalten des Positionsmeßsystems der letzte Positionswert abgespeichert und beim Wiederanlauf mit dem zuerst gemessenen Positionswert auf Gleichstand überprüft wird.
5.) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß während des Meßbetriebs die Positionswerte auf Änderung und Stillstand überwacht und der Status laufend abgespeichert wird.
6.) Verfahren zur Nullstellungsjustage einer Achse mit einem Positionsmeßsystem, wobei während der Bewegung der Achse deren Oberfläche durch eine Abtastvorrichtung auf eine Nullstellungs-Markierung abgetastet wird, insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Überfahren der Nullstellungs-Markierung der aktuelle Positionswert des mitgeführten Positionsmeßsystera gespeichert und/oder neu besetzt wird.
7.) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß durch die Abtastvorrichtung eine erhabene oder vertiefte Nullstellungs-Markierung abgetastet wird, wobei beim Abtastvorgang die relative Höhenänderung der Abtastvorrichtung gemessen wird und an Sprungstellen, wo eine festgestellte Höhenänderung auf Null geht oder umschlägt, der Positionswert gespeichert und/oder neu besetzt wird.
8. ) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zeitdauer der festgestellten Höhenänderungen gemessen wird, und daß Sprungstellen erst nach Überschreiten einer vorgegebenen Mindestzeit registriert werden.
9.) Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Nullstellungs- Markierung mehrmals überfahren wird, und daß die jeweils gespeicherten Positions-Istwerte auf Gleichstand verglichen werden.
10.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Positionsmeßsystem (1) einen mit der Drehachse (2) verbundenen zyklisch absoluten Positionsgeber (3) aufweist, der ausgangsseitig an eine Vergleichsschaltung (5) mit einem Speicher (6) und einem Zähler (7) angeschlossen ist.
11.) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Positionsgeber (3) einstufig ausgebildet ist und eine Feinmeßeinrichtung (4) aufweist.
12.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Feinmeßeinrichtung (4) als einzelne Absolutwertscheibe mit 2n Positionen ausgebildet ist.
13.) Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Positionsgeber (3) mit der Rotorwelle (8) eines Drehstrommotors (9) verbunden ist.
14.) Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vergleichsschaltung (5) in die Steuerung eines Manipulators (10) integriert ist.
15.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abtastvorrichtung (14) einen Fühler (15) und eine Meßeinrichtung (16) aufweist, die an ihrem Ausgang elektrische Signale liefert.
16.) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßeinrichtung (16) relative Höhenänderungen des Fühlers (15) mißt, wobei ihre AusgangsSignale die jeweilige Richtung und ihre Änderung kennzeichnen.
17.) Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßeinrichtung (16) binär codierte Signale abgibt.
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