DE10117194B4

DE10117194B4 - Winkel- oder Wegmessgeber

Info

Publication number: DE10117194B4
Application number: DE10117194A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: US6525675B2; DE10117194A1; US20020145544A1

Abstract

Winkel- oder Wegmessgeber zur Bestimmung der Position eines beweglichen Teils durch Auswertung der nach Bewegungsrichtung erfassten Messwertänderungen in einem Vorwärts-Rückwärtszähler (2) und seriellen Ausgabe der so ermittelten Position in Binärform über einen seriellen Ausgang (3), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich alle Messwertänderungen in einem Messbereich unabhängig von der Bewegungsrichtung stets in einem Zähler (4) aufsummiert werden und die Summe über einen seriellen Ausgang (6) zur Verfügung gestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Winkel- oder Wegmessgeber mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bisherige Winkel-/Wegmesssysteme geben stets relativ oder sich absolut ändernde Lagepositionen an ein Steuersystem zur entsprechenden Auswertung weiter. Dies ist auch für Positionier- und Regelaufgaben ausreichend.
In den Druckschriften DE 40 11 411 C2 , DE 38 15 534 A1 , DE 43 42 377 A1 und US 4 629 982 A werden stets Messgeber beschrieben, die hauptsächlich der Erfassung der Messposition dienen. Die dabei mit unterschiedlichen Mitteln (Zählschaltungen) unter Schutz gestellten Verarbeitungen von Messwertänderungen sind jedoch überwiegend zur richtungsabhängigen Erfassung der absoluten Messpositionen, der Bewegungsrichtungen usw. gedacht und nicht zur Erfassung der zurückgelegten Wegstrecken bei Positioniervorgängen insgesamt.
Die EP 0400 790 B1 ist ein Messgeber beschrieben, der nur in einer Richtung den zurückgelegten Weg erfasst und der Schutz auf die speziellen nichtflüchtige Speicherung von Wegstrecken gerichtet ist, um den begrenzten Schreibvorgängen spezieller Halbleiterspeicher Rechnung zu tragen Will man jedoch die insgesamt zurückgelegte Wegstrecke einer Verstelleinrichtung erfassen, so hat man bisher separate Zähleinrichtungen mechanischer bzw. elektromechanischer Art oder elektronische Zähler mit Batteriepufferung gewählt. Bekannt ist dies bei den Autos als Kilometerzähler bzw. bei Druckmaschinen als Totalisator. Bei Druckmaschinen ist daraus beispielsweise sehr zuverlässig die Anzahl der getätigten Drucke anzuzeigen, was wegen der Auflagenhöhe und Gebrauchsnutzung der Maschine zuverlässig zu erfolgen hat. In der Patentschrift DE 37 44 200 ist ein Verfahren gesicherter Speicherung solcher Daten im Systemverbund mehrerer redundanter Elektronikkarten mit jeweils nicht flüchtigen Speichern beschrieben. Dies ist bei solch komplexen Maschinensteuerungen möglich und erfordert die Systemführung bei Hard- und Software. Unabhängig vom Aufwand, ist dies nicht einfach zu handhaben und keine universell breit einsetzbare Lösung für den Markt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach zu handhabenden, präzise arbeitenden, zuverlässigen und kostengünstigen Messwertgeber zu schaffen, der die Position und den gesamten zurückgelegten Weg (Winkel) anzeigt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche beinhalten Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Der erfinderische Gedanke macht sich zunutze, dass durch einen neuen Absolutgeber für Weg- und Winkelmessungen, gemäß schweizer Patentanmeldungen 2105/99 die gesamte Signalverarbeitung im Sensor selbst stattfindet und dass Datenausgaben von nahezu beliebiger Informationslänge bewerkstelligbar sind. Dies ist nicht unwesentlich, da z. B. eine Werkzeugmaschine im Grenzfall im Zweischichtbetrieb ca. 3000 Betriebsstunden pro Jahr zurücklegt und mit der mittleren Drehzahl von ca. 1000 U/min in 10 Jahren etwa U = 10·(3·10³)·(1·10³)·60 = 2·10⁹ Umdrehungen macht, was U = 2³¹ Umdrehungen bedeutet. Dies würde eine 31-stellige Binärausgabe benötigen.
Nun bewegen sich moderne Servoantriebe mit sehr hohen Beschleunigungen in unterschiedlichen Bewegungsrichtungen, zum Teil auch nur um einen bestimmten Positionswert mit vielen kleinen Teilstrecken herum, sodass deren Winkel-/Wegerfassung eine aufwendige Sensorsignal-Übertragung bedeuten und eine leistungsfähige externe Steuerung verlangen würde.
Gemäß der Erfindung werden die sich ändernden Positionswerte mit Messwerten kleiner/gleich einem Messbereich – im einfachsten Fall eine 360°-Umdrehung – in einem Winkel-/Weggeber stets aufsummiert und in Winkel-/ Wegeinheiten entsprechend dem Messbereichs bei Bedarf zur Ausgabe bereitgestellt. Die so ermittelten Winkel-/Weg-Strecken sind gegen Netzunterbrechungen zweckmäßigerweise nicht flüchtig zu speichern, sodass beim Wiedereinschalten der letzte aufsummierte Winkel-/Wegmesswert zur Ausgabe über eine serielle Schnittstelle mit ausreichenden Binärstellen bereitsteht. Hier bietet sich die SSI-Schnittstelle an, die bedarfsgerecht die Daten schnell bereitstellen kann und bereits bei absolutmessenden Sensorsystemen einen Industriestandard bildet.
Dort, wo auch bei abgeschalteter Netzversorgung die Wegstrecken zu erfassen sind, sind z. B. Winkel-/Wegmessungen im Batteriebetrieb notwendig. Diese Wünsche sind im industriellen Einsatz jedoch weniger bedeutend, als die zunehmende Betriebsart der Positionierung innerhalb von z. B. 360° und die entsprechend fein zu erfassenden kleinen Wegstrecken, die aufsummiert werden sollen. So erreicht man die tatsächlich zurückgelegte Winkel-/Wegstrecke, die für vielfältige Zwecke der Maschinenwartung, z. B. Schmierzyklen, Benutzungsgrad und auch für Garantiewerte herangezogen werden können. Besonders wirtschaftlich ist so ein Winkel-/Wegmessstreckensystem, wenn es als Bestandteil in einem Absolutwinkel-/Wegmesssystem realisiert ist. Obwohl das erfinderische Verfahren die kleinste zu erfassende Wegstrecke des Messsystems mit beinhaltet, kann es dennoch zweckmäßig sein, nicht das letzte Bit der Auflösung eines Absolutgebers dafür zu verwenden. Wenn ein Messsystem gerade an einer definierten Stelle der Auflösungsgrenze steht, so werden Werte aufsummiert, die nicht der zurückgelegten Wegstrecke entsprechen, da sich die letzte Zählstrecke z. B. eines Binärwertes vielfach um gerade 1 Bit ändert, ohne den adäquaten Weg auch zurückzulegen. In der Praxis sind z. B. Winkel-/Wegstrecken von kleiner 10-Bit-Auflösung eines Messbereichs – was einen Winkel von 1/3° bei einem Messbereich von 360° entspricht – im Verhältnis zum zurückgelegten Gesamtweg bedeutungslos.
Es gibt die vielfältigsten Winkel- und Wegmesssysteme, die sich auf unterschiedlichste Wegstrecken beziehen. So werden Drehgeber in Multiturn-Ausführung gebaut, die die Position innerhalb einer geschlossenen 360°-Drehung mit der Anzahl von der Ausgangslage richtungsabhängig bewerteter Umdrehungen (mehrfach 360°) angeben. Auch sind Winkel- und Wegmesssysteme bekannt, die einen Messbereich innerhalb von einer Umdrehung, d. h. kleiner 360° haben. Auch sind inkrementale Längenmesssysteme und zunehmende Absolutmesssysteme bekannt, die sich auf eine endliche Wegstrecke beziehen.
Sind mehrere solche Winkel-/Wegmessgeber im Einsatz in einer Anlage, in einem Gerät oder z. B. bei einem Roboter, so sind Plausibilitäts-Vergleiche bei den zurückgelegten Winkel-/Wegstrecken durchführbar. Auch sind in solchen Fällen durch Redundanz die Winkel-/Wegmesserfassungen bei Geberausfall sehr zuverlässig gestaltbar.
Der erfinderische Grundgedanke ist für alle Sensorausführungen anwendbar und insbesondere bei den neuen Absolut-Winkel-/Wegmesssystemen, die vielfache Voraussetzungen für die Signalverarbeitung der Positionswerte sowie den Datentransfer der ermittelten Wegstrecken bieten.
In der Zeichnung ist in 1 ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der wesentlichen Merkmale der Erfindung dargestellt. Dort ist mit 1 ein Messwertgeber bezeichnet, der bei Bewegung Impulse abgibt, die in einem Vorwärts- Rückwärtszähler 2 unter Berücksichtigung der Bewegungsrichtung aufaddiert werden. Hieraus ergibt sich die Position des Gebers innerhalb des zu überwachenden Bereichs. Diese Positionsangabe wird über einen seriellen Ausgang 3 der Geberanordnung nach außen weitergegeben und dort weiterverarbeitet. Die abhängig von der Bewegungsrichtung auf den Leitungen 1a und 1b abgegebenen Impulse werden auch einem Zähler 4 zugeführt, der alle Impulse unabhängig von der Bewegungsrichtung aufaddiert und somit ein Ergebnis liefert, das dem insgesamt zurückgelegten Winkel oder Weg entspricht. Dieses Ergebnis wird bei Abschalten der Anlage gespeichert, weshalb ein Kondensator, bzw. eine Batterie 5 vorgesehen ist. Über einen seriellen Ausgang 6 kann das aufgelaufene Ergebnis abgerufen werden.
Nicht näher erläutert ist die Ausgabe der zurückgelegten Winkel- bzw. Wegstrecke des Sensors 7 über eine serielle Schnittstelle 8, die für die Ausgabe der jeweiligen Absolutmesswerte dient. Von einer Steuerung 9 sind bestimmte Parameter, bzw. Befehlskommandos übermittelbar und über die gleiche serielle Schnittstelle die entsprechenden Daten abrufbar, z. B. hier die Position und/oder die zurückgelegte Weg-/Winkelstrecke.

Claims

Winkel- oder Wegmessgeber zur Bestimmung der Position eines beweglichen Teils durch Auswertung der nach Bewegungsrichtung erfassten Messwertänderungen in einem Vorwärts-Rückwärtszähler (2) und seriellen Ausgabe der so ermittelten Position in Binärform über einen seriellen Ausgang (3), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich alle Messwertänderungen in einem Messbereich unabhängig von der Bewegungsrichtung stets in einem Zähler (4) aufsummiert werden und die Summe über einen seriellen Ausgang (6) zur Verfügung gestellt wird.
Winkel- oder Wegmessgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich sich auf einen geschlossenen Winkel von 360° bezieht.
Winkel- oder Wegmessgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ändernde Positionswerte mit Messwerten kleiner oder gleich dem Messbereich stets aufsummiert und in Winkel- oder Wegeinheiten entsprechend dem Messbereich ermittelt und zur Ausgabe bereitgestellt werden
Winkel- oder Wegmessgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass so ermittelte Summen nicht flüchtig gespeichert werden.
Winkel- oder Wegmessgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine serielle Schnittstelle (8), die zur Ausgabe von jeweiligen Absolutwerten und Übermittlung von Parametern oder Befehlskommandos von einer Steuerung (9) dient, auch Daten über Positionswerte und/oder zurückgelegte Weg- und Winkelstrecken von der Steuerung abrufbar sind.