DE10019499B4

DE10019499B4 - Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger und hiermit korrespondierende Beschriftungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10019499B4
Application number: DE10019499A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl.-Ing. Donat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: DE10019499A1

Abstract

Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger (2), insbesondere ein Polrad (2), mit einem Signalträgerzentrum (4),
– wobei der Signalträger (2) in einer Beschriftungsvorrichtung mit einer Rotationsachse (1) befestigt und um einen Rotationswinkel (α) um die Rotationsachse (1) rotiert wird,
– wobei eine Exzentrizität (E) des Signalträgerzentrums (4) relativ zur Rotationsachse (1) erfaßt wird,
– wobei anhand des Rotationswinkels (α) des Signalträgers (2) relativ zur Rotationsachse (1) und der Exzentrizität (E) ein Signalträgerwinkel (ψ) relativ zum Signalträgerzentrum (4) bestimmt wird und
– wobei auf den Signalträger (2) mittels einer Beschriftungseinrichtung (3) eine dem Signalträgerwinkel (ψ) zugeordnete Markierung (M) aufgebracht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger, insbesondere ein Polrad, mit einem Signalträgerzentrum, wobei der Signalträger in einer Beschriftungseinrichtung mit einer Rotationsachse befestigt und um die Rotationsachse rotiert wird, wobei auf den Signalträger rotationswinkelabhängig eine Markierung aufgebracht wird, sowie eine hiermit korrespondierende Beschriftungsvorrichtung.
Ein derartiges Beschriftungsverfahren und die hiermit korrespondierende Beschriftungsvorrichtung sind beispielsweise aus der DE 195 38 228 A1 bekannt.
Auch aus der US 5,640,377 A sind ein derartiges Beschriftungsverfahren und die korrespondierende Beschriftungsvorrichtung bekannt. Bei diesem Verfahren und bei dieser Vorrichtung wird eine weitere, auf dem Signalträger bereits vorhandene Markierung abgetastet und eine Exzentrizität des Signalträgerzentrums relativ zur Rotationsachse erfasst. Anhand der erfassten Exzentrizität werden Abtastelemente, welche die bereits vorhandene Markierung abtasten, nachgeführt.
Beim Beschriften rotationssymmetrischer Signalträger spielt die Genauigkeit der Signalträgeraufnahme eine bedeutende Rolle. Aufgrund von Passungen und sonstigen Toleranzen ergeben sich bezüglich der Beschriftungsvorrichtung und einer Lesevorrichtung beim Anwender unterschiedliche Rotationspunkte. Die Abweichung der Rotationspunkte ergibt beim Endanwender zum Teil nicht vernachlässigbare Polteilungsfehler aufgrund der Exzentrizität beim Schreiben und beim Lesen.
Bisher wurde versucht, die Exzentrizität sowohl der Beschriftungsvorrichtung als auch die Exzentrizität der Lesevorrichtung zu minimieren. Dabei wurde ein erheblicher Aufwand in die Genauigkeit der Justierungen gesteckt. Beispielsweise wurden hochgenau gefertigte Schreibeinrichtungen und Signalträgeraufnahmen mit eng tolerierten Passungen oder vorgespannte, kein Spiel zulassende Lager verwendet. Alle bisher verwendeten Lösungsansätze haben aber den Nachteil, daß sie entweder teuer oder aber verschleißbehaftet sind. Ferner läßt sich ein Restfehler aufgrund von Herstellungstoleranzen nicht völlig vermeiden.
In der nicht vorveröffentlichten DE 199 47 121 A1 ist ein Verfahren beschrieben, mittels dessen sich eine etwaige Exzentrizität beim Lesen des Signalträgers kompensieren läßt. Die dort beschriebene Vorgehensweise setzt aber einen fehlerfreien Signalträger voraus. Insbesondere muß auch die Markierung exakt richtig auf dem Signalträger aufgebracht sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Beschriftungsverfahren zu schaffen, mittels dessen es auf einfache Weise möglich ist, die Markierungen auf den Signalträger bezüglich des Signalträgerzentrums winkelrichtig aufzubringen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nicht nur eine Exzentrizität des Signalträgerzentrums relativ zur Rotationsachse erfaßt wird, sondern auch anhand eines Rotationswinkels des Signalträgers relativ zur Rotationsachse und der Exzentrizität ein Signalträgerwinkel relativ zum Signalträgerzentrum bestimmt wird und auf den Signalträger die dem Signalträgerwinkel zugeordnete Markierung aufgebracht wird.
Denn anhand Exzentrizität läßt sich aus dem Rotationswinkel bezüglich der Rotationsachse in einfacher Weise ein korrespondierender Rotationswinkel bezüglich des Signalträgerzent rums errechnen. Es muß daher lediglich anstelle der zum Rotationswinkel um die Rotationsachse gehörigen Markierung die mit dem Rotationswinkel bezüglich des Signalträgerzentrums korrespondierende Markierung aufgebracht werden.
Wenn der Signalträger vor dem Aufbringen der Markierung mindestens eine vollständige Umdrehung um die Rotationsachse ausführt, arbeitet das Verfahren besonders einfach und genau.
Wenn die Exzentrizität mittels einer Fourieranalyse ermittelt wird, ist die Exzentrizität besonders einfach in Phase und Betrag ermittelbar.
Wenn das Aufbringen der Markierung relativ zum Erfassen der Exzentrizität um einen Grundphasenversatz bezüglich der Rotationsachse versetzt erfolgt, ist die Beschriftung auf besonders einfache Weise möglich, da dann aufgrund des Winkelversatzes auch ein Zeitversatz beim Beschriften gegeben ist.
Wenn der Grundphasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist, vereinfacht sich das Verfahren noch weiter, da dann die korrespondierenden Rechnungen einfacher durchzuführen sind. Dies gilt insbesondere bei einem Grundphasenversatz von 180°, da dann lediglich Vorzeichen zu vertauschen sind.
Wenn auch ein Flattern des Signalträgers bezüglich einer zur Rotationsachse senkrechten Rotationsebene erfasst und beim Aufbringen der Markierung korrigierend berücksichtigt wird, ist das Aufbringen der Markierung noch genauer möglich. Insbesondere kann beispielsweise die Beschriftungseinrichtung bezüglich des Signalträgers nachgeführt werden.
Wenn das Erfassen des Flatterns relativ zum Erfassen der Exzentrizität um einen Zusatzphasenversatz bezüglich der Rotationsachse versetzt erfolgt, ist das Verfahren einfacher durchführbar. Auch der Zusatzphasenversatz ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches von 90°.
Das Erfassen der Exzentrizität und das Erfassen des Flatterns sind auf besonders einfache Weise genau durchführbar, wenn sie über Messtaster erfolgen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 eine Beschriftungsvorrichtung von oben,
2 die Beschriftungsvorrichtung von 1 von der Seite und
3 ein Ablaufdiagramm.
Gemäß den 1 und 2 weist eine Beschriftungsvorrichtung eine Rotationsachse 1 auf. Auf der Rotationsachse 1 ist ein rotationssymmetrischer Signalträger 2, hier ein Polrad 2, befestigt. Der Signalträger 2 wird in der Beschriftungsvorrichtung um die Rotationsachse 1 rotiert. Während des Rotierens wird dabei auf den Signalträger 2 von einer Beschriftungseinrichtung 3 rotationswinkelabhängig eine Markierung M aufgebracht.
Der Signalträger 2 weist ein Signalträgerzentrum 4 auf. In der Regel ist das Signalträgerzentrum 4 nicht exakt zentrisch bezüglich der Rotationsachse 1 befestigt, sondern weist relativ zu dieser eine Exzentrizität E auf. Zum Erfassen dieser Exzentrizität E weist die Beschriftungsvorrichtung daher einen Grundmesstaster 5 auf. Mittels des Grundmesstasters 5 wird die Exzentrizität E erfasst. Diese kann daher beim Aufbringen der Markierung M korrigierend berücksichtigt werden.
Wie aus 1 ersichtlich ist, bildet der Grundmesstaster 5 mit der Rotationsachse 1 eine Erfassungsachse 6, die Beschriftungseinrichtung 3 mit der Rotationsachse 1 eine Beschriftungsachse 7. Die Erfassungsachse 6 und die Beschriftungsachse 7 schneiden sich unter rechten Winkeln. Je nachdem, ob der Signalträger 2 in Richtung eines Pfeiles A oder entgegengesetzt hierzu rotiert wird, erfolgt das Aufbringen der Markierung M relativ zum Erfassen der Exzentrizität E somit um einen Grundphasenversatz von 90° bzw. 270° bezüglich der Rotationsachse 1 versetzt.
Der Grundphasenversatz kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Vorzugsweise sollte er aber ein ganzzahliges Vielfaches von 90° sein. Insbesondere müssen bei einem Phasenversatz von 90° bzw. 270° lediglich Sinusbeziehungen durch Cosinusbeziehungen und umgekehrt ersetzt werden. Bei 180° sind sogar lediglich Vorzeichenwechsel erforderlich. Es ist sogar möglich, dass der Grundphasenversatz 360° beträgt, die Beschriftungseinrichtung 3 also am Ort des Grundmesstasters 5 angeordnet ist, die Markierung M aber eine Umdrehung später aufgebracht wird.
Wie ferner aus den 1 und 2 ersichtlich ist, weist die Beschriftungsvorrichtung auch einen Zusatzmesstaster 8 auf. Mittels des Zusatzmesstasters 8 wird ein Flattern h des Signalträgers 2 bezüglich einer zur Rotationsachse 1 senkrechten Rotationsebene 9 erfasst. Auch das Flattern h kann daher beim Aufbringen der Markierung M korrigierend berücksichtigt werden. Die korrigierende Berücksichtigung kann beispielsweise darin bestehen, dass die Beschriftungseinrichtung 3, wie in 2 durch einen Doppelpfeil B angedeutet, entsprechend dem Flattern h des Signalträgers 2 nachgeführt wird.
Gemäß 2 ist der Zusatzmesstaster 8 ebenfalls auf der Beschriftungsachse 7 angeordnet. Das Erfassen des Flatterns h erfolgt somit relativ zum Erfassen der Exzentrizität E um einen Zusatzphasenversatz von 270° bzw. 90° bezüglich der Rotationsachse 1 versetzt. Auch der Zusatzphasenversatz beträgt somit ein ganzzahliges Vielfaches von 90°.
Das erfindungsgemäße Beschriftungsverfahren wird nunmehr nachfolgend in Verbindung mit 3 nochmals beschrieben.
Gemäß 3 wird zunächst in einem Schritt 11 der Signalträger 2 auf der Rotationsachse 1 befestigt. Sodann wird in einem Schritt 12 der Signalträger 2 um Rotationswinkel α um die Rotationsachse 1 rotiert. Dabei wird in einem Schritt 13 vom Zusatzmesstaster 8 ein Flattern h(α) erfasst, vom Grundmesstaster 5 eine Auslenkung l(α). Die erfassten Werte h(α), l(α) werden an eine Steuereinheit 10 übermittelt, welche diese Werte h(α), l(α) zunächst speichert.
Die Schritte 12 und 13 werden so lange wiederholt, bis in eifern Schritt 14 festgestellt wird, dass der Signalträger 2 eine vollständige Umdrehung um die Rotationsachse 1 ausgeführt hat. Wenn dies der Fall ist, wird mit einem Schritt 15 fortgefahren.
Als nächstes müssen die Exzentrizität E und das Flattern h ermittelt werden. Am einfachsten geschieht dies durch eine Ermittlung der Minimal- und Maximalwerte nebst Erfassung der korrespondierenden Rotationswinkel α. Um aber zusätzlich auch geometrische Radfehler eliminieren zu können, erfolgt die Ermittlung von Exzentrizität E und Flattern h über Fourieranalysen.
Es wird also im Schritt 15 zunächst die Auslenkung l(α) mittels einer schnellen Fouriertransformation (FFT) einer Fourieranalyse unterzogen. Die Amplitude der Grundschwingung ergibt dann den Betrag der Exzentrizität E. Über die Phasenbeziehung der Grundschwingung zum Rotationswinkel α lässt sich auf einfache Weise der Winkel bestimmen, bei dem das Signalträgerzentrum 4 exakt zwischen der Rotationsachse 1 und dem Grundmesstaster 5 liegt. Der vereinfachten Darstellung halber wird im folgenden angenommen, dass dieser Winkel 0° beträgt.
Sodann wird in einem Schritt 16 in analoger Weise das Flattern h(α) mittels einer schnellen Fouriertransformation (FFT) einer Fourieranalyse unterzogen. Auf analoge Weise wie beim Bestimmen der Exzentrizität E lassen sich Maximum und Phasenbeziehung des Flatterns h relativ zum Rotationswinkel α bestimmen.
Sodann wird in einem Schritt 17 der Signalträger 2 wieder um Rotationswinkel α rotiert. Dabei wird – selbstverständlich unter Berücksichtigung des Grundphasenversatzes und des Zusatzphasenversatzes – die Beschriftungseinrichtung 3 in einem Schritt 18 nachgeführt. Ferner wird in einem Schritt 19 ein Signalträgerwinkel ψ bestimmt, den der Grundmesstaster 5 bzw. die Beschriftungseinrichtung 3 mit dem Signalträgerzentrum 4 bildet. Der Signalträgerwinkel ψ ergibt sich zu ψ = α + arcsin(E/rsin(α)) mit r2 = l2 – 2lEcosα + E2.
Mittels der Beschriftungseinrichtung 3 wird nunmehr in einem Schritt 20 – selbstverständlich unter Berücksichtigung des Grundphasenversatzes – die diesem Signalträgerwinkel ψ zugeordnete Markierung M auf den Signalträger 2 aufgebracht. Soweit erforderlich, wird hierbei die Beschriftungseinrichtung 3 entlang der Beschriftungsachse 7 verschoben. Dies ist in 1 durch einen Doppelpfeil C angedeutet. Sodann wird in einem Schritt 21 abgefragt, ob alle Rotationswinkel α durchlaufen sind. Je nach dem Ergebnis des Vergleichs wird entweder zum Schritt 17 zurückgesprungen oder das Verfahren ist abgeschlossen.
Mit dem erfindungsgemäßen Beschriftungsverfahren läßt sich auf einfache Weise eine absolut winkeltreue Beschriftung des Signalträgers 2 erreichen.

Claims

Beschriftungsverfahren für einen rotationssymmetrischen Signalträger (2), insbesondere ein Polrad (2), mit einem Signalträgerzentrum (4), – wobei der Signalträger (2) in einer Beschriftungsvorrichtung mit einer Rotationsachse (1) befestigt und um einen Rotationswinkel (α) um die Rotationsachse (1) rotiert wird, – wobei eine Exzentrizität (E) des Signalträgerzentrums (4) relativ zur Rotationsachse (1) erfaßt wird, – wobei anhand des Rotationswinkels (α) des Signalträgers (2) relativ zur Rotationsachse (1) und der Exzentrizität (E) ein Signalträgerwinkel (ψ) relativ zum Signalträgerzentrum (4) bestimmt wird und – wobei auf den Signalträger (2) mittels einer Beschriftungseinrichtung (3) eine dem Signalträgerwinkel (ψ) zugeordnete Markierung (M) aufgebracht wird.
Beschriftungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalträger (2) vor dem Aufbringen der Markierung (M) mindestens eine vollständige Umdrehung um die Rotationsachse (1) ausführt.
Beschriftungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (E) mittels einer Fourieranalyse ermittelt wird.
Beschriftungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Markierung (M) relativ zum Erfassen der Exzentrizität (E) um einen Grundphasenversatz bezüglich der Rotationsachse (1) versetzt erfolgt.
Beschriftungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundphasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist.
Beschriftungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Flattern (h) des Signalträgers (2) bezüglich einer zur Rotationsachse (1) senkrechten Rotationsebene (9) erfasst und beim Aufbringen der Markierung (M) korrigierend berücksichtigt wird.
Beschriftungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen des Flatterns (h) relativ zum Erfassen der Exzentrizität (E) um einen Zusatzphasenversatz bezüglich der Rotationsachse (1) versetzt erfolgt.
Beschriftungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzphasenversatz ein ganzzahliges Vielfaches von 90° ist.
Beschriftungsvorrichtung zur Durchführung des Beschriftungsverfahrens nach einem der obigen Ansprüche.
Beschriftungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Erfassen der Exzentrizität (E) einen Grundmesstaster (5) aufweist.
Beschriftungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 zur Durchführung des Beschriftungsverfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Erfassen des Flatterns (h) einen Zusatzmesstaster (8) aufweist.