DE2737872A1 - Vorrichtung zur erkennung der relativen position oder veraenderung zwischen zwei beweglichen koerpern - Google Patents
Vorrichtung zur erkennung der relativen position oder veraenderung zwischen zwei beweglichen koerpernInfo
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Description
Ishikavajima-Harima Jukogyo 17 977 60/ko
Kabushiki Kaisha, Tokio/Japan
Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen
Körpern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im allgemeinen weisen Potentiometer und Synchronisationsmotoren oder Drehtransformatoren die weiteste Verbreitung zur elektrischen
Erkennung der relativen Position eines Körpers gegenüber einem anderen Körper oder der Verschiebung eines Körpers
gegenüber einer Bezugsposition auf. Da diese Bauteile für analoge Abtastungen der relativen Position oder Verschiebung
geeignet sind, werden sie bevorzugt in analogen Rückkopplungssystemen verwendet.
Wegen der geringen Genauigkeit wird die analoge Steuerung von Werkzeugmaschinen als untragbar erachtet, aber mit der großen
Entwicklungsgeschwindigkeit digitaler Rechner in den vergangenen Jahren ist die numerische Steuerung mit einem höheren
Genauigkeitsgrad möglich geworden, so daß ein erhöhtes Bedürfnis für einen digitalen Detektor besteht, d.h., nach einem
Analog-Digitalwandler (im weiteren als "AD-Wandler" bezeichnet)
zur Umsetzung einer analogen Mengenangabe einer Verschiebung in einen digitalen Code.
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-A-
Es gibt zwei Typen von AD-Wandlern von denen der eine ein
Differentialtyp und der andere ein Absoluttyp ist, wobei die Verwendung vom Verwendungszweck abhängt. In Fig. 1 ist
schematisch ein AD-Wandler vom Absoluttyp dargestellt, welcher auch als "Absolut-Typ-Codierer" bezeichnet wird. Gemäß
Fig. 1 sind zwei Körper X und Y relativ zueinander beweglich und eine Seite des Körpers X, welchem dem Körper Y gegenüberliegt,
ist mit einem binären Code Z in Richtung der Bewegung markiert. Ein Leser oder Sensor W ist an dem Körper Y
befestigt und liest den binären Code Z auf dem Körper X entsprechend dem gegenüberliegenden Verhältnis mit dem Leser W,
so daß die relative Position zwischen dem Körper X und Y erkannt werden kann. Genauer gesagt werden die Körper X und Y
durch angepaßte Verbindungseinrichtungen i und ii über Körper
X1 bzw. Y1 verbunden, um so die relative Position oder
Verschiebung zwischen den Körpern X1 und Y1 zu erkennen. Dies
bedeutet, daß die relative Position oder Verschiebung zwischen den Körpern X1 und Y1 in Begriffen der relativen Position oder
Verschiebung der Körper X und Y gemessen wird.
In der Praxis besteht der Körper X aus einer längsgestreckten Codiermaske oder Codierscheibe und die binäre eins "1w und
Null 11O" des binären Codes Z durch die An- oder Abwesenheit
von Löchern dargestellt, in^demlichtdurchlässige oder undurchlässige
Bereiche, elektrisch leitende und nichtleitende Bereiche, magnetisierte und nichtmagnetisierte Bereiche usw.
vorgesehen sind. Der Leser W kann ein fotoelektrischer Leser, Bürsten, Mikroschalter, Magnetköpfe oder dgl. aufweisen. Der
Körper γ dient zur Unterstützung des Lesers ¥.
Das wichtigste Merkmal des Absolut-Typ-Codierers besteht darin,
daß der Ausgang des Lesers W immer die absolute Adresse darstellt,
welche ihrerseits den binären Code Z auf dem Körper X in einem gegenüberliegenden Verhältnis mit dem Leser W
darstellt. Deshalb ist sogar dann, wenn die Energieversorgung
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nach einem Energieausfall zurückkehrt der Ausgang vom Leser W der gleiche »ie'derAusgang unmittelbar vor dem Energieausfall.
Venn eine relative Geschvindigkeit zwischen den Körpern X und
Y eine kritische Geschwindigkeit überschreitet, kann eine korrekte Lesung nicht mehr aufrechterhalten werden und wenn
die relative Geschwindigkeit unter eine bestimmte kritische Geschwindigkeit absinkt, kann die genaue absolute Adresse
noch ein einmal gelesen werden.
Ein weiteres Merkmal bei dem Absolut-Typ-Codierer besteht darin,
daß bei mechanischen Erschütterungen und Vibrationen und bei elektrischem Rauschen von Schaltern od. dgl. die Wirkungsweise
erheblich vermindert ist.
Der Absolut-Typ-Codierer hat jedoch seine inhärenten Nachteile
in seiner fundamentalen Anordnung oder Konstruktion, vas sich genauer aus der Beschreibung von Fig. 2 ergibt. In Fig. 2 ist
eine Codiermaske oder Platte P mit drei-bit-Binärziffern oder Codierungen "110", "010" und "101" markiert. Ein schraffiertes
Feld stellt dabei eine binäre "1" während ein weißes Feld eine binäre Null "0" darstellt. Ein Leser ist mit drei Lesköpfen iii,
iv und V versehen, so daß die binär codierten Marken auf der Codiermaske P von links nach rechts abgetastet werden können.
Venn die frei Lesköpfe iii, iv und V genau vertikal ausgerichtet sind, dann werden die binären Codierungen oder Ziffern
"110", "010" und "101" genau ausgelesen, wie die Reihenfolge gemäß Fig. 2a zeigt. Wenn jedoch der Lesekopf iv gegenüber dem
unteren Lesekopf ν und dem oberen Lesekopf iii nicht genau ausgerichtet ist und beispielsweise um den Abstand 1 gemäß Fig. 2b
verschoben ist, wobei der Abstand 1 der horizontale Abstand zwischen der vertikalen Linie durch das Zentrum des nicht genau
ausgerichteten Lesekopfes iv und der vertikalen Linie durch die Zentren der Leseköpfe iii und ν ist, dann würden
die Ausgänge "110", "010", "111" und "101" sein. Das bedeutet, daß der falsche Ausgang "111" zwischen "010" und "101" erzeugt
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wird. Wenn ein mit dem Leser verbundener Digitalrechner so programmiert ist, daß eine Anweisung in Antwort auf den Ausgang
H111W abgegeben wird, dann wäre ein ernster Vorfall das
Ergebnis.
Diese Fehlfunktion ist jedem Absolut-Typ-Codierer inhärent
unabhängig vom jeweiligen Typ, wie z.B. dem Bürstentyp, dem optischen Typ, dem Magnettyp usw. Wenn die Breite der binären
Codierungen zur Vergrößerung der Genauigkeit in der Positionserkennung vermindert wird und daraus eine sehr geringe Fehlausrichtung
zwischen den Leseköpfen folgt, ergeben sich sogar erhöhte Pehlerausgänge.
Um die Fehl funkt ionen oder irrtümlichen Ausgänge zu vermeiden»
ist ein in Fig. 3 dargestellter Binärcode entwickelt worden. Die Codiermaske ist dabei mit vier-bit-binär-Ziffern oder —
Codierungen markiert, wobei ein schraffiertes Feld eine binäre eins "1" darstellt, während ein weißes Feld eine binäre Null "0" darstellt
und die geringskennzeichnende, die nächstgeringstkennzeichnende,
die übernächstgeringstkennzeichnende und die am
meisten kennzeichnende Ziffer in dieser Reihenfolge mit C0, C1,
C2 und C3 jeweils bezeichnet ist. Die Dezimalziffern 0, 1, 2,
3 usw. werden durch die binären Ziffern oder Codierungen in entsprechenden Spalten dargestellt. Dies ist ein Positions-Binär-Einheitsabstand-Code-System
für aufeinanderfolgende Zahlen, deren Ziffern die gleichen außer an einer Stelle sind und
wobei sich diese Ziffernstelle durch eine Einheit unterscheidet. Wird beispielsweise die binäre Zahl, welche die dezimale Zahl
"0M darstellt, mit der binären Zahl, welche gleich der dezimalen
Zahl W1 n ist verglichen, so sind sie darin verschieden, daß die
Ziffern lediglich bei der letzten kennzeichnenden Ziffer CQ von·!·
einander verschieden sind. In gleicher Weise sind die binären Zahlen, welche die Dezimalzahlen "9" und "10" darstellen oder
die Adressen 9 und 10 bilden, darin verschieden, daß die Ziffern bei C1. um eine ziffer verschieden sind. Diese Codesystem wird
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als sogenannter Gray-Code bezeichnet und ist vorteilhaft, da der Gray-Code leicht in einen normalen Binärcode umgesetzt
verden kann. Mit dem Gray-Code gemäß Fig. 3 wird kein falscher Ausgang erzeugt, und zwar auch dann nicht, wenn die Leseköpfe
beispielsweise der Lesekopf ν nicht korrekt ausgerichtet sind gegenüber anderen Leseköpfen vi, vii und viii wie dies mit dem
Abstand 1 in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn daher die Adressen 0, 1, 2 und 3 usw. durch den Gray-Code oder einen anderen Einheitsabstands
code dargestellt werden, dann ist eine korrekte Erkennung möglich.
Im allgemeinen wird der Ausgang von Absolut-Codierem der oben beschriebenen Art in einen Rechner mit hoher Kapazität gespeist
oder in einen Kleinstcomputer oder Mikrorechner, so daß
der Ausgang des Codierers in dezimal, duodezimal oder sexagesimal Ziffern umgesetzt werden muß. Obwohl durch den Gray-Code eine
falsche Lesung verhindert wird, sind dennoch aufwendige logische Schaltkreise für die Umsetzung der Binärzahlen in Dezimalzahlen,
Doudezimalζahlen und Sexagesimalzahlen erforderlich,
so daß die Kosten dafür ansteigen, während die Betriebssicherheit abnimmt.
Zur Lösung dieser Probleme sind Binärcodesysteme entwickelt worden, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind. In dea
Positions-Binär-Code-System gemäß Fig. 4 ist die Codiermaske
oder Platte P in 60 Spalten und θ Reihen unterteilt, wobei wiederum ein weißes Feld eine binäre Zahl M0M darstellt, während
ein schraffiertes Feld die binäre Zahl M1" darstellt.
Vier Bits Crt, Cn, C0 und C«, stellen eine am wenigsten kenn-
o
zeichnende Ziffer 10 der dezimalen Zahl dar, während die Bits C., C_, C6 und C„ die nächst unwichtigste oder zweitwichtigste Ziffer der Dezimalzahl darstellen. Dies bedeutet, daß die DezjL-malziffern von 11O" bis M60M im Gray-Code dargestellt werden.
zeichnende Ziffer 10 der dezimalen Zahl dar, während die Bits C., C_, C6 und C„ die nächst unwichtigste oder zweitwichtigste Ziffer der Dezimalzahl darstellen. Dies bedeutet, daß die DezjL-malziffern von 11O" bis M60M im Gray-Code dargestellt werden.
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Da jede Ziffer einer Dezimalzahl durch einen Einheitsabstandscode
mit einem Signalabstand von "1" dargestellt wird, wird eine fehlerhafte Lesung vermieden und die Umsetzung in eine
Dezimalzahl kann leicht durchgeführt werden. Dieses Codesystem beinhaltet jedoch eine Übertragungszweideutigkeit. Das
heißt wenn beispielsweise die binäre Zahl, welche "9* oder
"19" oder "59" darstellt, zu der binären Zahl, welche "10" oder "20" oder "60" darstellt, wechselt, dann wechseln die
Bits auf vier Stellen, so daß der Einheitabstand nicht aufrechterhalten werden kann und konsequenterweise Fehlausgänge
erzeugt werden zwischen den Adressen 9 und 10, 19 und 20 sowie
59 und 60.
Bei dem Codesystem, das in Fig. 5 dargestellt ist, werden die
Dezimalzahlen von 0 bis 9 ebenfalls durch einen Einheitsabstands code dargestellt mit einem Signalabstand von "1" und
die binären Ziffern, welche die Dezimalzahlen "0" und "9"
darstellen, werden so ausgewählt, daß sie sich durch eins voneinander unterscheiden, so daß der Einheitsabstand bei
jeder Ziffer der Dezimalzahlen beibehalten werden kann. Das in Fig. 5 dargestellte Codesystem ist jedoch kein Einheitsabstands
code im ganzen. Wenn beispielsweise die Binärziffern, welche die Dezimalzahl "9" oder "19" darstellen, zu der Binärzahl, welche die Dezimalzahl oder Adressen "10" oder "20" wechseln,
dann wechseln zwei Ziffern. Als Ergebnis daraus ist zur Vermeidung fehlerhafter Ausgänge erforderlich, daß zusätzliche
komplizierte Baumaßnahmen ergriffen werden müssen.
Zur Lösung der oben aufgezeigten Probleme, die bei bekannten Positions-Binär-Code-Systemen zur Erkennung relativer Positionen
oder Verschiebungen auftreten, wurden ausführlichste Studien und Versuche durchgeführt, um zu einer Lösung zu kommen, welche
diese Nachteile vermeidet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung dem Ober-
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begriff des Anspruchs 1 genannten Art derart zu schaffen, daß fehlerhafte Ausgangssignale vermieden und eine genaue
Erkennung der relativen Position oder Verschiebung zwischen zvei Körpern bei einer leichten Umsetzung der Ausgangssignale
in eine entsprechend binär codierte Zahl ermöglicht vird.
Diese Aufgabe vird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Ein besonderer vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß
die Ausgangssignale leicht in eine angepaßte, binär codierte Zahl umgesetzt werden können, so daß eine codierte Platte
oder Scheibe bei einem AD-Wandler verwendet verden kann, velche am besten als Interface für eine Vielzahl von Rechnern
verwendet verden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Körper aus einem Viedergabemedium bestehen
kann, vie z.B. einem Magnetband od. dgl., so daß eine automatische Adressierungsvorrichtung od. dgl. zur korrekten, schnellen
und automatisch wiederholenden Datenwiedergabe auf dem Viedergabemedium vervendet verden kann.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Übersicht zur Erklärung eines Absolut-Typ-Codierers;
Fig. 2a und 2b Darstellungen zur Erklärung der Erzeugung fehlerhafter Ausgänge bei einem Codierer gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Codiermaske oder Platte velche mit einem Gray-Code markiert ist;
Fig. 4 eine Darstellung einer Codiermaske oder Platte bei velcher jede Ziffer eines Dezimalsystems durch einen Graycode dargestellt ist;
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Fig. 5 eine Darstellung ähnlich der gemäß Fig. 4» bei welcher jedoch die binäre Zahl, welche die dezimale Zahl "0"
darstellt und die binäre Zahl, welche die dezimale Zahl "9" darstellt, voneinander durch einen Signalabstand
verschieden sind;
Fig. 6 ein Positions-Code-System gemäß der vorliegenden Erfindung,
bei welchem zwei Einheits-Abstands-Code zur Darstellung einer Dezimalzahl verwendet werden;
Fig. 7 die Schaltung eines logischen Schaltkreises zur Umsetzung des Codes welcher von dem Codesystem gemäß Fig. 6 abgeleitet
in ein binär codiertes Dezimalsystem umgesetzt wird;
Fig. 8 eine Modifikation des ersten Codes gemäß dem Codesystem
nach Fig. 6;
Fig. 9 eine Schaltung eines Schaltkreises zur Verarbeitung der Binärziffern welche von dem modifizierten Code gemäß
Fig. 8 abgeleitet werden;
Fig. 10 eine Modifizierung des ersten Codes des Codesystems gemäß Fig. 6, wobei dieser modifizierte Code zur zyklischen
Zählung geeignet ist;
Fig. 11 eine Schaltung eines logischen Schaltkreises welcher in Verbindung mit dem modifizierten Code gemäß Fig.
verwendet wird;
Fig. 12 eine Modifikation des Codesystems gemäß Fig. 6, wobei
dieses modifizierte Codesystem vorteilhaft ist, wenn ein Maximum an relativer Verschiebung eine Zufallszahl
ist, außer jener, deren letzte kennzeichnende Ziffer "0" ist, so daß das Einheitsabstandsverhältnis nicht
zwischen M0H und der maximalen Verschiebung oder Position
"359·· beibehalten werden kann;
Fig. 13 eine Schaltung eines logischen Schaltkreises welche im
Zusammenhang mit dem modifizierten Codesystem gemäß
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Fig. 14, 15 und 16 Wertetabellen, welche ein EXKLUSIVES ODER,
UND und ODER-GATTER zusammen mit einer dazugehörigen Welle darstellen; und
Fig. 17, 18 und 19 schematische Ansichten einer ersten, zweiten
und dritten Ausführungsform eines optischen Absolut-Typ-Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 6 ist das binäre Codesystem entsprechend der vor»
liegenden Erfindung beschrieben. Für dieses Codesystem muß zuerst ein binär codierter Basis-n-Code (vobei η größer 8 2 ist)
bestimmt werden, zur Darstellung der relativen Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern. Als nächstes werden erste,
zweite, dritte, ·.., und n-te Einheits-Abstands-Code bestimmt', wobei η vorzugsweise der kleinste Bruchteil oder der in einer
Zahl ohne Rest aufgehende Teiler von η außer 1 ist, um so die Basis-n-Zahlen 0, 1, 2, ..., und n-1 darzustellen. Die Binärzahl in dem ersten Code stellt die Basis-n-Zahl n0n dar und
muß die gleiche sein wie die Binärziffer in dem m-ten Code,
welcher die Basis-n-Zahl "n-1" darstellt und die Binärzahl in dem ersten Code, welche die Basis-n-Zahl "n-1" darstellt,
muß die gleiche sein wie die Binärzahl in dem nächsten oder zweiten Code, welche die Basis-n-Zahl "0" darstellt. Dasselbe
gilt für das Verhältnis zwischen dem zweiten und dritten Code, dem dritten und vierten Code, ... und zwischen dem m-1-ten und
dem m-ten Code.
In Fig. 6 ist die Basis 10 und die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern wird durch ein binär codiertes
Dezimal dargestellt. Bruchteile oder der in einer Zahl ohne Rest aufgehende Teiler von "10" sind 1, 2, 5 und 10 und der
kleinste Bruchteil der in einer Zahl ohne Rest aufgeht ist außer 1 die Zahl 2. Daher ist ns 2 und erste und zweite Codierungen 3 und 4 werden bestimmt zur Darstellung der dezimalen
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Zahl von "Ο·1 bis M9W. Die binäre Ziffer 6 in dem ersten Code
stellt die dezimale Zahl "O" in gleicher Weise dar wie die
binäre Ziffer 7- in dem zveiten Code 4 stellt die dezimale
Ziffer M9M dar und die binäre Ziffer 8 in dem ersten Code 3
stellt die dezimale Ziffer n-1 oder "9" dar, vas gleich der
binären Ziffer 9 in dem zveiten Code 4 entspricht, velcher die dezimale Ziffer "0" darstellt. Die binären Ziffern bestehen
aus sechs Bits, A, B, C, D, E und P, veshalb dezimale Zahlen von M0" bis M23" dargestellt werden können. Sowohl der
erste als auch der zweite Code sind Vier-Bit-Einheitsabstand— Code. Hierbei sollte angemerkt werden, daß die Bitmuster bei
der zveiten Ziffer B sowohl bei dem ersten als auch bei dem zveiten Code gleich sind, während die Bitmuster bei den ersten,
zweiten und vierten Ziffern A, C und D entgegengesetzt den ersten und zweiten Code sind und wobei ein weißes Feld
die binäre Zahl M0" darstellt, während ein schraffiertes Feld
die binäre Zahl "1" darstellt. Beispielsweise weist das Bitmuster in der Reihe D in dem ersten Code eine Gruppe von acht
aufeinanderfolgenden weißen Feldern oder 11O11 dar und eine
Gruppe von zwei aufeinanderfolgenden schraffierten Feldern oder "1M vährend das entsprechende Bitmuster bei dem zveiten
Code eine Gruppe von acht aufeinanderfolgenden schraffierten Feldern oder "1" und eine Gruppe von zwei aufeinanderfolgenden
weißen Feldern oder "0" darstellt.
Der in Fig. 7 dargestellte Schaltkreis wird zur Umsetzung der dezimalen Zahlen von 0 nach 999 in einem binär codierten Dezimalsystem
verwendet. Die Bits A bis L (G bis L sind in Fig. nicht dargestellt), werden an ihren entsprechenden Eingängen
angelegt und die dezimalen Ziffern an den Ausgängen 11 werden gewichtet. Jeder der logischen Schaltkreise 12, 13 und 14
setzt den ersten Gray-Code 3 in eine direkte Binärziffer um,
welche jeweils eine Dezimalziffer einer Zahl darstellen und die logischen Schaltkreise 15 und 16 setzen den ersten und
zweiten Gray-Code 3 und 4 in den ersten Gray-Code 3 um. Ein
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Signal wird über eine Leitung 17 zu einem logischen Schaltkreis 15 übertragen, um damit eine Steuerung zu erreichen,
welche davon abhängt, ob die Dezimalziffer bei der Ziffer der Hunderter verschieden oder gleich ist. In gleicher Weise
vird durch eine Leitung 18 ein Signal zu dem Einheitslogikschaltkreis 16 übertragen, um damit die Steuerung davon abhängig zu machen, ob die Dezimalziffer der Zehner gleich
oder ungleich ist. Die Wertetabelle eines EXKLUSIV-ODER-Gaters 19 velches in dem Schaltkreis gemäß Fig. 7 verwendet wird,
ist in Fig. 14 dargestellt.
In Fig. 8 ist eine Modifikation des ersten Codes 3 gemäß Fig. 6 dargestellt. Der modifizierte Code 22 verwendet nur
vier Bits M, N, 0 und P um elf Dezimalzahlen von "0" bis "10"
darzustellen, wobei die Bits entlang der Ordinate 21 aufgetragen sind, während die Dezimalzahlen entlang der Abszisse 20
aufgetragen sind. Wenn dieser modifizierte Code 22 verwendet wird, um die am meisten kennzeichnende Ziffer einer Dezimalzahl darzustellen, dann wird ein* Anwachsen der Bitzahl entsprechend einem Träger (carry) vermieden. Genauer gesagt,
wird mit dem Codesystem gemäß Fig. 6 eine Zählung von "0" bis "999" durchgeführt, aber wenn die am wenigsten kennzeichnende
Ziffer und die am nächstwenigsten kennzeichnende Ziffer (die Ziffer von den Zehnern) durch das Codesystem gemäß Fig. 6 dargestellt werden, während die am meisten kennzeichnende Ziffer
(die Ziffer der Hunderter) durch das modifizierte Codesystem gemäß Fig. 8 dargestellt werden, ist eine Zählung von "0" bis
"1000" möglich.
Fig. 9 zeigt einen Schaltkreis der in Verbindung mit dem modifizierten Code gemäß Fig. 8 verwendet werden kann. Die Bits N,
N, 0 und P werden an ihren entsprechenden Eingängen 23 angelegt und in entsprechende direkt binäre Bits 25 und einen
Träger 24 bzw. eine Basis umgesetzt. Die Wertetabelle des EXKLUSIV-ODER Gatters 19 und des UND-Gatters 26 ist in Fig. 14
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bzw. 15 dargestellt.
Fig. 10 zeigt eine weitere Modifikation des ersten Codes gemäß
Fig. 6 und dieser modifizierte Code 29 kann vorteilhaft verwendet werden bei zyklischer Zählung. Wird beispielsweise
angenommen, daß nach einer Zählung von 11O" nach M999M die
Zählung wiederholt werden soll, um erneut von "0M ab zu zählen,
dann müssen die Ziffern der binären Ziffern "0" und "999·· an jeder Stelle die gleichen sein, außer an einer und auf dieser
Stelle müssen sich die Ziffern um eins unterscheiden· Mit dem Codesystem gemäß Fig. 6 ist die binäre Ziffer, welche die
Dezimalziffer "9" mit der am meisten kennzeichnenden Ziffer der Dezimalzahl "999·· darstellt, gleich M1O11M während die
binäre Ziffer welche die Dezimalzahl M0H darstellt, gleich
"0000" ist. Als ein Ergebnis daraus, müssen die Ziffern an drei Stellen wechseln. Bei dem Codesystem gemäß Fig. 6 veist
die binäre Ziffer, welche die Dezimalziffer an der am meist kennzeichnenden Ziffer einer Dezimalzahl von irgendeiner
Länge von Ziffern darstellt, immer drei "1"-Bits auf. Bei
dem modifizierten Code 29 gemäß Fig. 10 sind die Bits Q, R, S, und T entlang der Ordinate aufgetragen, während die zehn
Dizimalziffern von 11O" bis "9" entlang der Abszisse aufgetragen
sind.
Unter der Annahme, daß beispielsweise die Zählung von "0"
bis W999·· durchgeführt wird, wird das Codesystem gemäß Fig. 6
zur Darstellung der am wenigst bedeutsamen und der am nächstwenigsten bedeutsamen Dezimalziffer von einer Zahl verwendet
und der modifizierte Code 29 gemäß Fig. 10 wird zur Darstellung der am bedeutsamsten Ziffer oder der Ziffer von Hundertern
verwendet. Die binäre Ziffer 30, die die dezimale Ziffer bei der am bedeutsamsten Ziffer oder der Ziffer der Hunderter
von der Dezimalzahl »»999·« darstellt, ist dann 11OOOI".
Mit anderen Worten, ist nur das Bit T der Binärziffer 30 auf " einem hohen Spannungspegel oder in dem Zustand "I". Die Binär-
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Ziffer, welche die Dezimalzahl 11O11 darstellt, ist 11OOOO".
Wenn daher die Dezimalzahl "999·· zu der Dezimalzahl "0"
wechselt, dann wechselt nur ein Bit.
In Fig. 11 ist ein Schaltkreis dargestellt, welcher in Verbindung
mit den modifizierten Code 29 gemäß Fig. 10 verwendet wird. Vier Bits Q, R, S und T werden an ihren entsprechenden
Eingangsanschlussen 31 angelegt und in entsprechende Bits A,
B, C und D des ersten Gray-Cotes gemäß dem Cotesystem in Fig. an den Ausgangsanschlussen 32 umgesetzt. Dies bedeutet, daß
der Schaltkreis den modifizierten Code 29 in einen ersten Code 3 des Codesystems gemäß Fig. 6 umsetzt. Die Wertetabelle
der EXKLUSIV-ODER- und ODEK-Gatter 19 und 33 gemäß Fig. 11
ist jeweils in den Fig. 14 und 16 dargestellt.
In Fig. 12 ist ein weiteres, modifiziertes Codesystem dargestellt, das zur zyklischen Zählung der Dezimalzahl 11O" zu
einer Dezimalzahl mit mehreren Bits in dem Zustand von "1" geeignet ist. Dies bedeutet, daß mit diesem modifizierten Code
das Diskontinuitätsproblem zwischen der Dezimalzahl "0" und der maximalen Dezimalzahl mit mehreren Bits im Zustand von
"1M gelöst werden kann. Bei dem Code gemäß Fig. 12 wird eine
zyklische Zählung von der Dezimalzahl "0" zu der Dezimalzahl
"359" durchgeführt. Die Dezimalzahlen sind entlang der Abszisse 34 aufgetragen, während die Bits a bis k der Binärziffern
entlang der Ordinate 35 aufgetragen sind. Die Dezimalziffern bei der am geringst kennzeichnenden Ziffer oder der
Ziffer der Einheiten und bei den nächstwenigst kennzeichnenden Ziffer oder der Ziffer mit den Zehnern werden durch Vier-Bit—Binärziffern
dargestellt, während die Dezimalziffer bei der am meisten kennzeichnenden Ziffer oder der Ziffer der
Hunderter durch eine Zwei-Bit-Binärzahl dargestellt wird. Dieses modifizierte Codesystem ist im wesentlichen ähnlich
dem Codesystem gemäß Fig. 6, außer daß 10 Bits (a-k) verwendet werden. Ein Synchronisationsbit 37 wechselt nach "0" oder
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einem niedrigem Spannungspegel nur und nur dann, wenn die Dezimalzahl "O" ist und verbleibt in dem Zustand "1" wenn
die Zehn-Bit-Binärziffern eine Dezimalzahl außer "0" darstellen. Wenn die Maximumdezimalzahl W359H nach 11O" wechselt,
wechseln die Bits in den Stellen j 38, h 39 und f 40 von M1"
nach "0".
In Fig. 13 ist ein Schaltkreis dargestellt, welcher in Verbindung mit dem Codesystem gemäß Fig. 12 verwendet werden
kann. Eine Übertragungszeitabstimmung der Bits j 38, h 39, f 40 und a 41, von denen alle mit dem Synchronisationsbit k
verbunden sind, wird gemäß der Darstellung in Fig. 12 so verzögert, daß eine korrekte Synchronisation aufrechterhalten
werden kann.
In den Fig. 17, 18 und 19 sind drei bevorzugte Ausführungsformen eines Absolut-Typ-Codierers entsprechend der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Wie nachfolgend noch genauer beschrieben, sind alle Ausführungsformen von dem Typ, bei welchem
Lichtstrahlen durch eine Codierungsmaske oder einen Codierungsmaßstab hindurch übertragen oder von der Codierungsmaske oder dem Codierungsmaßstab reflektiert werden und von
optischen Sensoren aufgenommen werden. Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 17 und 18 werden die Lichtstrahlen durch
die Codierungsmaske oder dem Codierungsmaßstab hindurch übertragen,
während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 die Lichtstrahlen
von der Codierungsmaske oder dem Maßstab reflektiert werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 17 ist das Code im
Muster in Polarkoordinaten aufgetragen.
Gemäß Fig. 17 sind zwischen einer Anordnung von Lichtquellen und einer Anordnung von optischen Sensoren 45 eine Schirmmaske
47 mit einer Vielzahl von Schlitzen 46 und eine Codierungsscheibe 49 aus einer Glasplatte zwischengelagert, wobei die
Glasplatte mit einem lichtstrahlabschirmenden Codiermuster
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eines Einheitsabstandscodes versehen sind, wie zuvor beschrieben. Venn das Codiermuster 48 die Schlitze 46 der Schirmmaske 47 überlappt, dann werden die Lichtstrahlen von der Lichtquellenanordnung 44 unterbrochen, so daß das die Schlitze 46
überlappende Codemuster durch die optische Sensorenanordnung aus gelesen verden kann. Dies bedeutet, daß bei Rotation der
Achse 50 in der durch den Pfeil 51 angedeuteten Richtung die Binärziffern eines Binheits-Abstands-Codes aus gelesen werden
können.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 18 sind zwischen einer
Lichtquellenanordnung 51 und einer optischen Sensorenanordnung oder Reihe 52 eine Schirmmaske 54, welche mit einer Anzahl von
Schlitzen 53 versehen ist und eine Codiermaske 56 aus einer Glasplatte zwischengelagert, wobei die Codiermaske ein Codiermuster 55 eines Einheits-Abstands-Codes des oben beschriebenen
Typs trägt. Venn das Codiermuster 56 die Schlitze 53 überlappt,
werden die Lichtstrahlen von der Lichtquellenanordnung 51 unterbrochen, so daß die optische Sensorenanordnung 52 das die
Schlitze 53 überlappende Codemuster 55 aus lesen kann. Vexai
die Codiermaske 56 von links nach rechts oder von rechts nach links verschoben wird, dann können die Binärziffern in einem
Einheits-Abstands-Code aus gelesen werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 wird das Licht von einer
Lichtquelle 57 durch einen Halbspiegel 58 zurückgeworfen, zu einer Codiermaske 59» welche aus einer lichtreflektierenden
Metallplatte hergestellt ist und auf welcher ein Codemuster mit einem nichtreflektierenden Material aufgetragen ist. Das
von der Codiermaske 59 zurückreflektierte Licht wird durch eine Projektionslinse 62 im Hohlraum der Schlitze 63 einer
Schirmmase 64 so fokussiert, daß eine optische Sensoranordnung 60 das Codemuster 61 erkennen kann. Venn die Codiermaske 49 von links nach rechts oder von rechts nach links ver-
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schoben wird, dann können binärische Ziffern eines Einheits-Abs tands -Codes abgeleitet werden.
Es ist verständlich, daß die Anmeldung der vorliegenden Erfindung nicht auf den oben in Bezug auf Fig. 17, 18 und 19
beschriebenen Absoluten-Typ-Codierer beschränkt und daß die . vorliegende Erfindung in einem weiteren Anwendungsgebiet verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Einheits-Abstands-Code
der vorliegenden Erfindung auf die Adressenspeicherspur eines Magnetbandes aufgezeichnet und der Transport dieses
Magnetaufzeichnungsbandes kann gestoppt werden, wenn ein Magnetkopf einen vorbestimmten Code oder eine Binärziffer ausliest.
Auf diese Weise können Informationen oder Daten die bei einer spezifischen Adresse auf einem magnetischen Aufzeichnungsband
gespeichert sind, automatisch ausgewiesen werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Codesystem
zur Erzeugung binär codierter Dezimalzahlen beschrieben worden, aber dennoch versteht sich, daß die vorliegende Erfindung ebenso
bei einem Code zur Erzeugung einer binär codierten Basisn-Zahl verwendet werden kann.
Zusammenfassend wird somit mit der vorliegenden Erfindung ein Codemuster auf einer Oberflächenseite von einem von zwei beweglichen
Körpern in Bewegungsrichtung aufgebracht und ein Leser wird auf dem anderen Körper zum Lesen des Codemusters
auf dem einen Körper befestigt, so daß die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern gemessen werden kann.
Ein vollständiger Einheits-Abstands-Code mit einem Signalabstand von M1n wird auf dem einen Körper so markiert, daß fehlerhafte
Ausgänge vermieden und konsequenterweise die Zuverlässigkeit
erheblich vergrößert werden kann. Da fehlerhafte Ausgänge vermieden werden, kann die Breite der transparenten oder opakten
Bereiche des Codemusters vermindert werden, so daß die Genauigkeit im Meßbereich merklich verbessert wird.
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Des weiteren wird im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem kein vollständiges Einheits-Abstands-Codesystem mit
einem Signalabstand von "1" verwendet wird, bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Synchronisationsbit
zur Vermeidung fehlerhafter Ausgänge verwendet. Als ein Ergebnis davon, wird die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
einfach im Aufbau und billig in der Herstellung, obwohl eine hohe Zuverlässigkeit in der Funktion erreicht wird.
Sogar dann, wenn die Ausgänge von dem Codierer, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, parallel übertragen
werden und sogar wenn die Ausgangsimpulse so sind, daß ihre
Übertragungszeit nicht klar ist, dann werden fehlerhalfte Ausgänge
minimissiert, weil ein Einheits-Abstands-Code entsprechend
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Im Falle der Serienübertragung kann ein Übertragungsfehler leicht erkannt werden, da ein Vergleich zwischen vorhergehenden
und nachfolgenden Impulsen erfolgt.
Venn die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einen Absolut-Typ-Codierer wie oben mit Bezug auf Fig. 17, 18 und
beschrieben, eingebaut wird, dann kann der Codierer an alle Rechner angeschlossen werden, welche sehr zuverlässig und
schnell in der Funktion sind und welche jegliche Art von Codeeingängen verwenden können, ohne daß ein komplizierter Codeumsetzer erforderlich ist. Des weiteren kann, wie oben beschrieben,
der Code entsprechend der vorliegenden Erfindung auf ein Datenwiedergabemedium, wie z.B. ein Magnetband aufgezeichnet
zur Erleichterung der automatischen Adressierung verwendet werden.
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, 9ο ■
Leerseite
Claims (7)
- Dr .... ,·. I. . ι Viii. I - · y 15
r ,- , - ■: , - ; Λι/Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha, Tokio / JapanAnsprücheVorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern derart, daß ein Codesystem, das die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei beweglichen Körpern darstellt, auf einem der beiden beweglichen Körper in Richtung der Bewegung oder Veränderung aufmarkiert ist und wobei eine zum Lesen des Codesystems auf dem beweglichen Körper geeignete Lesevorrichtung auf dem anderen beweglichen Körper aufmontiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß
(A)(a) das auf den beweglichen Körper vorgesehene Codesystem eine binär codierte Basis-n-Zahl (wobei η größer » 2) darstellt, bei welcher jede Stelle der Basis-n-Zahl durch binäre Ziffern dargestellt ist,(b) das Codesystem aus ersten, zweiten, dritten .·. und n-ten Codierungen besteht (wobei η gleich ist der kleinste Bruchteil oder der in einer Zahl ohne Rest aufgehende Teiler außer eins der Basis-n-Zahl), welche aufeinanderfolgend und zyklisch zur Darstellung jeder Stelle 0, 1, 2, ... und n-1 der Basisn-Zahl angeordnet sind, wobei jeder der ersten, zweiten, dritten·· und n—ten Codierungen aus einem Einheitsabstand -Code besteht, bei welchem der Signalabstand zwischen aufeinanderfolgenden binären Ziffern eins ist,(c) zwischen aufeinanderfolgenden Codierungen die binäre Ziffer, welche die Basis-η Mn-1n in der vorhergehenden Codierung darstellt, gleich ist mit der binären Ziffer, welche die Basisn n0" in der nachfolgenden Codierung darstellt, und(B) die Lesevorrichtung einen Codeumsetzerkreis aufweist, welcher die ersten, zweiten, dritten,... und η-ten Codierungen in einem gemeinsamen Binärcode umsetzt, wobei die relative809809/0871ORIGINAL INSPECTEDPosition oder Verschiebung zwischen den beiden beweglichen Körpern durch die binär codierte Basis-n-Zahl dargestellt wird. - 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem aus 11 Vier-Bit-Binärziffern besteht, welche die Zahlen M0» bis 1MO11 darstellen.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem aus 10 Vier-Bit-Binärziffern besteht, welche die Zahlen 11O" bis "911 darstellen.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem eine Dezimalzahl darstellt und die meist kennzeichnende (-höchstwertige) Stelle der Dezimalzahl durch eine wenigerals-drei-Bit-Binärzahl ausgedrückt ist, während die übrigen Stellen durch Vier-Bit-Binärzahlen dargestellt werden.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem ein weiteres Synchronisationsbit enthält.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem eine Dezimalzahl darstellt und die am wenigsten kennzeichnende Ziffer der Dezimalzahl durch weniger-als-drei-Bit-Binär-Ziffern ausgedrückt ist, während die verbleibenden Dezimalziffern durch Vier-Bit-Binär-Ziffem dargestellt werden.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Binärziffer, die die Basis-η M0" in dem ersten Code darstellt, die gleiche ist wie die Binärziffer, welche die Basisn "n-iw in dem m-ten-Code darstellt.809009/0871
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