DE4209629A1 - Absolutkodierer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kodierer zum Erfassen einer Absolutposition und insbesondere auf einen Absolutkodie­ rer, der eine Kodiereinrichtung aufweist, die mit einer ein­ zelnen Spur oder mehreren Spuren eines als Stufenfolge ausge­ bildeten absoluten Zeichenmusters und wenigstens einer dazu parallelen Spur eines als Stufenfolge ausgebildeten inkremen­ talen Zeichenmusters und einem Detektor zum Ablesen der Stufen der Stufenfolgen versehen ist. Die Erfindung macht insbeson­ dere einen Absolutkodierer verfügbar, bei welchem ein Abtast­ signal (synchron) in einer wählbaren Phasenlage in einem Ra­ stermaß eines inkrementalen Musters erzeugt wird, welches den Zeittakt zum Ablesen eines absoluten Zeichenmusters steuert, ohne daß eine Position des Detektors oder eines Sensors mecha­ nisch eingestellt zu werden braucht.

Absolutkodierer ist ein Meßinstrumenet, welches Positions­ informationen eines Detektors in Bezug auf eine Teilung auf einem Kodierelement mit einem Absolut-Positionssignal liefert, welches inhärent an die relative Position angepaßt ist. Ko­ dierelement und Detektor sind so zusammengesetzt, daß sie re­ lativ zueinander bewegt werden können. Das Kodierelement ist mit einem als Stufenfolge ausgebildeten absoluten Zeichenmu­ ster versehen, das den numerischen Xode eines absoluten Posi­ tionssignals darstellt, welches als physikalische Informa­ tionen ausgebildet und in der Längsrichtung einer Spur ange­ ordnet ist. Der Detektor ist mit mehreren Sensoren versehen, um die physikalischen Informationen des Musters zu diskrimi­ nieren. Absolutkodierer werden gemäß ihrem Aussehen nach zwei Typen klassifiziert, von denen einer den linearen Typ dar­ stellt, bei welchem der Detektor relativ und linear entlang der Längsrichtung des Streifen-Kodierelementes sich bewegt. Der andere Absolutkodierer stellt den rotierenden Typ dar, bei welchem der Detektor sich relativ und winkelförmig um ein plattenförmiges oder ein zylindrisches Kodierelement bewegt. Unabhängig davon, wie der Absolutkodierer ausgebildet ist, handelt es sich um ein Meßinstrument, welches direkt eine Tei­ lungs-Information (Absolutpositions-Signal), die als physika­ lische Information auf einem als Stufeneinteilung ausgebilde­ ten absoluten Zeichenmuster gespeichert ist, durch die Senso­ ren des Detektors liest und in den numerischen Kode durch elektrische Signalverarbeitung umformt.

Mehrspur-Absolutkodierer stellen die bekannte allgemeine Art der Absolutkodierer dar. Bei diesem Typ wird ein absolutes Zeichenmuster durch mehrere parallele Spuren gebildet, die in­ krementale Zeichenmuster mit unterschiedlichem Rastermaß auf­ weisen, was als Mehrspur-Stufeneinteilung bzw. -folge eines absoluten Zeichenmusters bezeichnet wird. Ein Detektor zum Le­ sen der Mehrspur-Stufeneinteilung eines absoluten Zeichenmu­ sters weist mehrere Sensoren auf, die in Positionen angeordnet sind, die einzeln jeweils jeder Spur entsprechen, wobei ein Absolutposition-Signal einer "Binärzahl in richtiger Reihen­ folge" mit Binärkode oder reflektiertem Binärkode (Gray-Kode) aus den Ausgangssignalen der Sensoren zusammengesetzt wird.

So werden z. B. in einem Vierspur-Absolutkodierer, der einen vierstelligen Binärkode liest, vier parallele inkrementale Zeichenmuster-Spuren auf dem Kodierelement gebildet, die aus Zeichen-Pausen-Mustern mit unterschiedlichen Abständen bzw. Rastermaßen bestehen, nämlich

Am Detektor sind vier Sensoren entlang der Richtung, die die Spuren auf der Kodiereinrichtung kreuzt, angeordnet, wobei ihre Positionen bei gleicher Phasenlage der vier Spuren in paralleler Weise ausgelesen werden, so daß sechzehn Absolutpo­ sition-Signale aus Binärzahlen ª bis p in richtiger Reihen­ folge von ª=0000, b=0001 bis o=1110, p=1111, nacheinander er­ halten werden.

In letzter Zeit sind eine Anzahl von Absolutkodierern, die ein Einspur-Absolut-Zeichenmuster verwenden, wirksam entwickelt und anstelle von Mehrspur-Kodierern verwendet worden. Bei diesem Kodierer-Typ wird ein absolutes Zeichenmuster aufgebaut mit einer einzigen Spur eines Zeichen-Pausen-Musters mit unre­ gelmäßigen Abständen, welches als Einspur-Absolut-Zeichenmu­ ster mit Stufeneinteilung bezeichnet wird. Bei der Teilung ei­ nes Einspur-Absolut-Zeichenmusters werden "1" und "0" einer speziellen Folge von Binärzahlen wie z. B. in vollperiodischer Folge oder in M-Sequence ersetzt durch zwei Arten von Mini­ mal-Ableseeinheiten mit unterschiedlichen physikalischen Cha­ rakteristiken, die auf der Spur in einer einzigen Linie ange­ ordnet sind. Auf dem Detektor sind mehrere Sensoren in einer einzigen Linie angeordnet mit einem Abstand, der im wesentli­ chen der Minimallänge der Ableseeinheit entlang des als Stu­ feneinteilung ausgebildeten absoluten Zeichenmusters ent­ spricht, wobei ein Absolutposition-Signal, welches aus "unterschiedlichen Binärzahlen in wahlfreier Anordnung" be­ steht, aus den Ausgangssignalen der mehreren Sensoren zusam­ mengesetzt wird.

Beim Absolutkodierer, der ein Einspur-Absolut-Zeichenmuster verwendet, ist es außerordentlich vorteilhaft, die Dimensionen des Kodierers zu miniaturisieren und den gesamten Aufbau des Kodierers einschließlich der Verdrahtung zu vereinfachen, und zwar aus folgenden Gründen:

• a) Es wird lediglich ein absolutes Zeichenmuster benötigt;
• b) eine Anzahl von Sensoren sind in einer einzigen Linie in konstanten Abständen angeordnet, so daß eine Sensor-Anordnung verwendbar ist, in welcher eine Anzahl von Sensoren zusammen auf einem Träger angeordnet sind;
• c) Phasenanpassung der Sensorposition wie im Falle des Mehr­ spur-Typs zwischen jeder der Spuren ist nicht erforderlich.

So werden z. B. bei Verwendung einer Zahlenfolge

000100110101111

der M-Seguence mit fünfzehn Binärkodes pro Periode "0" und "1" dieser Zahlenfolge durch zwei Arten von Minimal-Ableseeinhei­ ten ersetzt, die unterschiedliche physikalische Charakteristi­ ken haben, um so ein Einspur-Absolut-Zeichenmuster auf dem Ko­ dierelement zu bilden, nämlich

Dieses Zeichenmuster gibt lediglich eine der Minimal-Wiederho­ lungseinheiten an, so daß "ª" nach dem letzten "o" wiederholt wird. Bei diesem Zeichenmuster werden vier aufeinanderfolgender Ziffern als ein Kode gelesen, wobei die Phaseninformation je­ des Kodes durch das alphabetische Schriftzeichen wiedergegeben wird, welches unter dem linken Ende der vier Ziffern angegeben ist. Auf dem Detektor sind vier Sensoren angeordnet, die den vier aufeinanderfolgenden kleinsten Ableseeinheiten entspre­ chen. Die Sensoren erzeugen fünfzehn Absolutposition-Signale, die Binärzahlen in wahlfeier Reihenfolge enthalten mit unter­ schiedlichen Kodeinhalten von jeweils ª = 0001, b = 0010 bis n=1100, o= 1000. Hier darf, da wegen der wahlfreien Reihen­ folge des Absolutposition-Signals ein praktisches Problem ent­ steht, das Absolutposition-Signal nicht so ausgegeben werden wie es ist. Vielmehr ist es jeweils gemäß einem Adressenteil für die richtige Reihenfolge. z. B. einem Binärkode, unter Verwendung eines Halbleiter-Speichers, in welchem eine zutref­ fende Umwandlungstabelle gespeichert ist, umzuwandeln, um so ein Absolutposition-Signal mit richtiger Reihenfolge auszuge­ ben.

Im übrigen hat ein Einspur-Absolutkodierer häufig eine Störung (Fehlauslesung eines Zeichenmusters), wenn ein Sensor den Grenzbereich der Minimal-Ableseeinheit überstreicht. Daher ist, im allgemeinen der Zeitabschnitt zum Lesen eines Einspur-Abso­ lut-Zeichenmusters durch den Sensor so eingestellt, daß das Zeichenmuster in einer Position außerhalb des Grenzbereiches gelesen wird.

Dies geschieht einerseits in dem Grenzbereich der Minimal-Ab­ leseeinheit, wo das Ausgabesignal invertiert wird und die Sensor-Ausgabe unstabil wird, und andererseits aufgrund eines Mangels an Übereinstimmung zwischen den jeweiligen Abständen des Zeichenmusters und denen des Sensors und schließlich auf­ grund von inkonstanten Sensor-Charakteristiken, so daß manchmal ein Zeitunterschied zwischen den Zeitpunkten des Wechsels des Ausgangssignals bei mehreren Sensoren vorkommt. An solchen Zeitpunkten wird wenigstens eine Stelle einer Binärzahl, die ein Absolutposition-Signal bildet, als ein invertiertes Signal ausgegeben, so daß ein anomales Absolutposition-Signal ausgegeben werden kann, welches mit ei­ ner korrekten Absolutposition nicht übereinstimmt.

Im allgemeinen kann bei dem Verfahren zum Einstellen der Zeit zum Ablesen eines Zeichenmusters ein anderes paralleles, als Stufeneinteilung ausgebildetes inkrementales Zeichenmuster zusätzlich verwendet werden. In diesem Fall ist das als Stu­ feneinteilung ausgebildete inkrementale Zeichenmuster auf dem Kodierelement parallel zu einer einspurigen Stufeneinteilung eines Absolut-Zeichenmusters vorgesehen, wobei weiterhin ein anderer Sensor auf dem Detektor hinzugefügt ist, um das inkre­ mentale Zeichenmuster zu erfassen, so daß ein Abtastsignal (synchron) für die Zeitsteuerung erzeugt wird, um das einspu­ rige absolute Zeichenmuster aus dem Ausgangssignal des zu­ sätzlichen Sensors zu gewinnen.

Das bedeutet, daß die Position des zusätzlichen Sensors mecha­ nisch an das inkrementale Zeichenmuster angepaßt wird derart, daß in der Positions-Beziehung zwischen dem Kodierelement und dem Detektor innerhalb eines Abstandes des inkrementalen Zei­ chenmusters z. B. ein Abtastsignal "0" von dem zusätzlichen Sensor ausgegeben wird, wenn die Sensoren zum Erfassen des einspurigen absoluten Zeichenmusters in der Position sind, in welcher der Grenzbereich der Minimal-Ableseeinheit erfaßt würde. Wenn die Sensoren für das absolute Zeichenmuster sich in der Position befinden, in welcher ein Bereich außerhalb des Grenzbereiches erfaßt wird, wird ein Abtastsignal "1" von dem zusätzlichen Sensor ausgegeben, so daß das Lesen des Ein­ spur-Absolut-Zeichenmusters durch die Sensoren, um das abso­ lute Zeichenmuster zu erfassen, nur dann durchgeführt wird, wenn das Abtastsignal "1" ist.

So offenbart z. B. US-Patente 50 68 529 einen Absolutkodierer, bei welchem ein Satz von Sensoren in der Position entsprechend der Mitte der Minimal-Ableseeinheit immer mittels eines alter­ nierenden Umschaltens von zwei Paar Sensor-Gruppen ausgewählt wird in Übereinstimmung mit einem Abtastimpuls, der aus der Erfassung eines inkrementalen Musters abgeleitet wird, um die Zeitssteuerung zum Lesen des absoluten Zeichenmusters sicher­ zutellen. In diesem Fall sind vor einem einspurigen absolute Zeichenmuster mit einer minimalen Ableseeinheits-Länge die beiden Paare von Sensor-Gruppen angeordnet, welche mehrere mit einem Abstand λ angeordnete Sensoren aufweisen, die am De­ tektor angeordnet sind, mit einer Positions-Phasendifferenz von λ/2 zwischen jedem der Paare, so daß eines der beiden Paare von Sensor-Gruppen in Abhängigkeit von "0" oder "1" des inkrementalen Zeichenmusters mit dem Rastermaß λ ausgewählt wird. Auf diese Weise werden ohne irgendwelche Trennungen auf dem einspurigen absoluten Zeichenmuster Absolutposition- Signale nacheinander erhalten, wobei in jeder relativen Position zwischen dem Kodierelement und dem Detektor dar Grenzbereich nicht erfaßt werden darf.

Da eine gleiche fehlerhafte Funktion bei einem Mehrspur-Abso­ lutkodierer auftreten kann, wird die gleiche Maßnahme zur Lö­ sung des Problems benutzt. D.h., daß in einer Phasenlage, in welcher zwei oder mehr inkrementale Zeichenmuster von unter­ schiedlichem Zeichen-Pausen-Abstand, die ein Mehrspur-Absolut- Zeichenmuster bilden, gleichzeitig umgekehrt werden, ein anomales Absolutposition-Signal neben der richtigen Absolutpo­ sition gelegentlich ausgegeben wird, wenn die den jeweiligen Zeichenmustern entsprechenden Sensor-Ausgangssignale nicht gleichzeitig umgekehrt werden.

Aus diesem Grunde wird in gleicher Weise wie vorstehend be­ schrieben, jedes Zeichenmuster mit Ausnahme der letzten Stelle durch zwei Sensoren erfaßt, die mit einem Abstand, der der Hälfte des Minimalabstandes (die letzte Ziffer) des Zeichenmu­ sters entspricht, angeordnet sind, so daß im Abhängigkeit da­ von, ob das Abtastsignal, welches durch Erfassen des inkremen­ talen Musters der letzten Stelle erhalten wird, "0" oder "1" ist, einer der beiden Sensoren ausgewählt wird. Auf diese Weise werden die Umkehrungen der jeweiligen Sensor-Ausgangs­ signale für alle Zeichenmuster aufeinander abgestimmt, um so das Absolutposition-Ausgangssignal stabil zu machen.

Bei den vorstehend beschriebenen Maßnahmen, bei denen die Zeitspanne zum Lesen anderer absoluter Zeichenmuster, die auf dem Kodierelement angeordnet sind, wegen der Verwendung eines Abtastsignals, welches durch die Erfassung eines inkrementalen Zeichenmusters erhalten wird, begrenzt ist, wobei die Umkehr- Zeitsteuerungen der Sensor-Ausgaben, die dem absoluten Zei­ chenmuster entsprechen, einheitlich gemacht werden, sollte der Sensor zum Erfassen des inkrementalen Zeichenmusters genau auf dem Detektor positioniert sein. D.h., daß, da sowohl das absolute Zeichenmuster als auch das inkrementale Zeichenmuster fest auf der Kodiereinrichtung angeordnet sind, so daß eine gegenseitige Phaseneinstellung unmöglich ist, auf der Detek­ torseite die Notwendigkeit besteht, die Positionsbeziehung zwischen dem Sensor zum Erfassen des inkrementalen Zeichenmu­ sters und den Sensoren zum Erfassen des absoluten Zeichenmu­ sters innerhalb eines Rastermaßes des inkrementalen Zeichenmu­ sters mit der Genauigkeit einzustellen, die zum Durchführen jeder der vorstehend beschriebenen Operationen erforderlich ist.

So wird z. B. bei einem Einspur-Absolutkodierer, bei welchem eine Sensor-Gruppierung zum Erfassen eines absoluten Zeichen­ musters und ein zusätzlicher Sensor zum Erfassen eines inkre­ mentalen Zeichenmusters vorläufig am Detektor befestigt sind, das Kodierelement tatsächlich relativ zum Detektor bewegt wird, wobei die mechanische Position des zusätzlichen Sensors von Hand mittels einer Schraubeinrichtung eingestellt wird, die an dem zusätzlichen Sensor angebracht ist, während ein Ausgangssignal der Sensor-Anordnung mit einem Ausgangssignal des zusätzlichen Sensors unter Verwendung eines Oszilloskops verglichen wird.

Aus diesem Grunde ist es beim Absolutkodierer erforderlich, zusätzlichen Raum für die Einstelleinrichtung der Sensor-Posi­ tion und für die Einstellarbeit zu haben, so daß es nicht mög­ lich ist, den Absolutkodierer zu miniaturisieren und die An­ zahl der Teile zu verringern und das Zusammensetzen zu automa­ tisieren. Hinzu kommt, daß die Einstelleinrichtung schädlich für die Festigkeit des Absolutkodierers ist. Die Einstellar­ beiten, die viele Personen und viel Zeit erfordern, machen eine Verfahrensrationalisierung schwierig. Sie wirken sich darüber hinaus auf die Genauigkeit und die Verläßlichkeit des Absolutkodierers aus. Mit der in jüngerer Zeit aufkommenden Tendenz einer hohen Auflösung des Kodierelementes und einer Verringerung der Minimallänge der Leseeinheit ist eine größere Genauigkeit bezüglich der Einstellarbeiten erforderlich. Je­ doch kann die Genauigkeit mit konventionellen mechanischen Sy­ stemen nicht erzielt werden.

Demzufolge besteht die Hauptaufgabe der Erfindung darin, einen Absolutkodierer verfügbar zu machen, bei welchem die Position eines Sensors nicht mechanisch eingestellt zu werden braucht. Vielmehr soll dieser elektrisch eingestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Absolutkodierer, der Kodiermittel, auf denen ein absolu­ tes Zeichenmuster und ein inkrementales Zeichenmuster parallel zueinander angeordnet sind, und einen Detektor mit mehreren Sensoren zum Erfassen jedes der Zeichenmuster aufweist, wobei das Kodiermittel und der Detektor so eingerichtet sind, daß sie relativ gegeneinander bewegbar sind und der Absolutkodie­ rer Diskriminator-Mittel zum Diskriminieren einer relativen Phasenposition des Kodiermittels und des Detektors innerhalb einer Periode des inkrementalen Zeichenmusters auf der Basis eines Erfassungsignals des inkrementalen Zeichenmusters sowie signalerzeugende Mittel zum Erzeugen eines synchronisierenden Signals aufweist, um das absolute Zeichenmuster auszulesen, wenn die Phasenposition, die durch das Diskriminator-Mittel diskriminiert wird, einen vorherbestimmten Wert annimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Absolutkodierer ein Einspur-Absolut-Zeichenmuster, zwei Gruppen von Sensoren zum Erfassen dieses Einspur-Absolut-Zei­ chenmusters und Auswahlmittel zum alternierenden Auswählen eines der Ausgangssignale von jeder der Gruppen auf der Basis des sychronisierenden Signals auf.

Bei dem Absolutkodierer gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung ist die mechanische Einstellung für die Position des Sen­ sors oder der Sensoren nicht erforderlich. Jedoch wird die Zeitperiode zum Erzeugen dieses synchronisierenden Signals in Relation zur Phasenlage innerhalb eines Rastermaßes des inkre­ mentalen Zeichenmusters durch Einstellen oder Anpassen in ei­ ner elektrischen Schaltung eingestellt. Dabei wird gemäß der Erfindung ein Ausgangssignal des Sensors zum Erfassen eines inkrementalen Zeichenmusters nicht als ein synchronisierendes Signal mit einer gegebenen Phasenbedingung erzeugt. Vielmehr wird ein neues synchronisierendes Signal erzeugt, welches auf der Basis des Ausgangssignals des Sensors zum Erfassen des inkrementalen Zeichenmusters diskriminiert wird und bei einer vorbestimmten Phasenlage innerhalb eines Rastermaßes des in­ krementalen Zeichenmusters invertiert wird. Hier kann die vor­ gegebene Phasenlage wahlweise durch bestimmte variable elek­ tronische Einstellmittel geändert werden, beispielsweise durch einen variablen Widerstand oder einen Umschalter, und zwar so­ gar nachdem der Absolutkodierer zusammengesetzt worden ist.

Der Sensor zum Erfassen des inkrementalen Zeichenmusters und die Sensor-Gruppe zum Erfassen des absoluten Zeichenmusters werden vorläufig am Detektor befestigt. Die Diskriminator-Mit­ tel diskriminieren eine Erfassungsposition innerhalb jedes Ra­ stermaßes des inkrementalen Zeichenmusters, d. h., einen Ort, der in der Phasenlage zu erfassen ist, die durch Teilen jedes Rastermaßes mit einer geeigneten Breite und Untersuchen der Phase des Ausgangssignals des Sensors zum Erfassen des inkre­ mentalen Zeichenmusters erhalten wird. Als konkretes Diskrimi­ nier-Verfahren werden z. B. zwei Quasi-Sinus-Wellen, die um 90° phasenverschoben sind (Signal Phase A und Signal Phase B) aus der Erfassung des inkrementalen Zeichenmusters von zwei Sen­ soren erzeugt, die im Abstand eines Viertels eines Rastermaßes angeordnet sind, um ihre Phasen miteinander zu vergleichen. Zusätzlich kann eine Anzahl von Verfahren angewandt werden, wie Widerstands-Teilungs-Verfahren oder Verfahren zum Erzeugen eines Tangentensignals aus den vorstehend erwähnten beiden Si­ nuswellen-Signalen. Hier werden, wenn das Tangentensignal er­ zeugt wird, zwei Quasi-Sinus-Wellen als eine Sinuswelle und eine Kosinuswelle betrachtet, wobei ihr Verhältnis mittels ei­ nes Analog-Schaltkreises errechnet wird.

In dem signalerzeugenden Mittel können wenigstens zwei spezi­ fische Phasenlagen wahlweise innerhalb des einen Rastermaßes eingestellt werden. Das signalerzeugende Mittel erzeugt, als synchronisierendes Signal, eine Rechteckwelle oder einen Trig­ gerimpuls, die bzw. der invertiert wird, wenn eine Phasen­ lage, die durch das Diskriminatormittel diskriminiert wird, mit der eingestellten Phasenlage übereinstimmt. Das synchroni­ sierende Signal kann als Abtastsignal verwendet werden, um die Zeitpunkte zum Erfassen des absoluten Zeichenmusters zu be­ stimmen. Wenn zwischen zwei Phasenlagen ein Abstand justiert wird, kann das Tastverhältnis der Rechteckwelle ebenfalls wahlweise passend eingestellt werden.

Die Erfindung kann bei dem vorstehend beschriebenen Einspur Absolutkodierer angewendet werden, bei welchem ein Einspur-Ab­ solut-Zeichenmuster fortlaufen ausgelesen wird, während zwei Gruppen von Sensoren alternierend geschaltet werden.

D.h., daß ein Auswahlmittel alternierend eines der Ausgangs­ signale der beiden Sensor-Gruppen auswählt, die zum Erfassen des Einspur-Absolut-Zeichenmusters auf der Basis des "0"- oder "1"-Zustandes eines Rechteckwellen-Ausgangssignals, das als synchronisierendes Signal von dem signalerzeugenden Mittel er­ zeugt wird, angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein Absolut­ position-Signal fortlaufend ohne irgendwelche Unterbrechung auf dem Einspur-Absolut-Zeichenmuster erzeugt, wobei das abso­ lute Zeichenmuster an einer Stelle außerhalb der Grenzbereiche zwischen den Minimalleseeinheiten mit größerer Stabilität ausgelesen wird.

Beim Absolutkodierer gemäß der Erfindung ist im Prinzip keine mechanische Lagejustierung des Sensors in Relation zum Kodier­ element erforderlich. Sogar nach dem Zusammenbau des Absolut­ kodierers kann die Phasenlage des synchronisierenden Signals leicht justiert werden.

Die vorstehend beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer bei vorzugten Ausführungsform deutlicher hervor, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die lediglich zur Verdeutlichung von Beispielen dienen. Es zeigen:

Fig. 1 im Schema den grundsätzlichen Aufbau eines Absolutkodierers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der Eingangs- und Ausgabe-Wel­ lenform des Diskriminator-Schaltkreises für ein Rastermaß gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Eingangs- und Ausgangs­ signals der Auswahlschaltung gemäß der Ausführungsform der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt im Schema den Aufbau eines Absolutkodierers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungs­ form wird ein Einspur-Absolut-Zeichenmuster auf einem Kodiere­ lement durch zwei Gruppen von Sensoren erfaßt, wobei ein in­ krementales Zeichenmuster, welches auf dem Kodierelement par­ allel zur Spur des absoluten Zeichenmusters angeordnet ist, durch zwei andere Sensoren erfaßt wird. Durch Diskrimination von Phasen der Ausgangssignale, die von den vorerwähnten bei­ den Sensoren mittels einer elektrischen Schaltung erzeugt wer­ den, wird ein synchronisierendes Signal mit rechteckiger Wel­ lenform neu erzeugt. Das synchronisierende Signal wird in der optimalen Phasenlage innerhalb eines Rastermaßes des inkre­ mentalen Zeichenmusters invertiert. In Abhängigkeit von "0" oder "1" des synchronisierenden Signals wird eine der beiden Gruppen von Sensoren ausgewählt, so daß das absolute Zeichen­ muster an einer Stelle ausgelesen wird, die den Grenzbereich einer Minimal-Leseeinheit ausschließt.

In Fig. 1 hat das Kodierelement A ein einspuriges absolutes Zeichenmuster P, in welchem, wenn die Dreiecksmarkierung in Fig. 1 als Startpunkt angenommen wird, "0" und "1" einer Zif­ fernfolge 0000101100111101 durch zwei Arten von Minimal-Le­ seeinheiten (weiße Felder und schraffierte Felder) mit einer Länge λ gebildet werden, wobei ein inkrementales Zeichenmu­ ster I mit geordneten alternierenden Unterteilungen (Leseinheiten) parallel zum Zeichenmuster A angeordnet ist, dessen wiederholte Periode (Rastermaß) in diesem Fall gleich der Länge λ ist. Ein Detektor B ist mit einer ersten Gruppe von Sensoren, die vier Sensoren E1 bis E4 umfaßt, die mit einem Rastermaß λ angeordnet sind, und mit einer zwei ten Gruppe von Sensoren versehen, die vier Sensoren F1 bis F4 umfaßt, die mit einem Rastermaß λ angeordnet und phasenver­ schoben sind mit einem Phasenunterschied, der λ/2 gegenüber der ersten Gruppe von Sensoren entspricht. In diesem Fall sind die vorstehend beschriebene erste und zweite Sensoren-Gruppe auf das absolute Zeichenmuster gerichtet. Darüber hinaus sind auf dem Detektor B zwei Sensoren S1 und S2 angeordnet, die einen Phasenunterschied von λ/4 gegeneinander haben und auf das inkrementale Zeichenmuster I gerichtet sind.

Ein Diskriminator-Schaltkreis C erhält die etwa Dreieck-Wel­ lenform aufweisenden Ausgangssignale von den Sensoren S1 und S2 als Sinuswelle (Signalphase A) und Kosinuswelle (Signalphase B) und vergleicht die Signalphase A mit der Signal­ phase B und diskriminiert dann in Echtzeit, welche der acht Phasenpositionen (0-7 in Fig. 2) in jedem Rastermaß λ der Phasenrelation zwischen dem vorhandenen Kodierelement und dem Detektor entspricht, um so jede entsprechende Phasenlage­ Information als Ausgangssignal c1 bis c3 in Binärkode zu er­ zeugen. Ein signalerzeugender Schaltkreis D besitzt variable Widerstände D1 und D2, um zwei spezifische Phasenpositionen jeweils zwischen den acht Phasenpositionen im Rastermaß λ, einzustellen, und invertiert ein synchronisierendes Signal d, welches an seiner Ausgangsklemme abgegeben wird, wenn eine Phasenlage der Ausgangssignale c1 bis c3 des Diskriminator­ Schaltkreises C mit zwei spezifischen Phasenlagen überein­ stimmt, die durch die variablen Widerstände D1 und D2 einge­ stellt sind. Eine Auswahlschaltung G wählt entweder eine Gruppe von Ausgangssignalen e1 bis e4, die von der ersten Gruppe von Sensoren e1 bis e4 erzeugt wurden, oder eine Gruppe von Ausgangssignalen f1 bis f4, die von der zweiten Gruppe von Sensoren F1 bis F4 erzeugt wurden, um so die ausgewählten Aus­ gangssignale den Ausgangs-Klemmen G1 und G4 zuzuführen.

Bei dem Absolutkodierer mit der vorstehend beschriebenen Aus­ gestaltung werden, wenn der Detektor B in der durch Pfeil be­ zeichneten Richtung relativ zum Kodierer A bewegt wird, die Ausgangssignale e1 bis e4 der ersten Sensor-Gruppe oder die Ausgangssignale f1 bis f4 der zweiten Sensor-Gruppe alternie­ rend an den Ausgangs-Klemmen g1 bis g4 des Auswahl-Schaltkrei­ ses G abgegeben, wann immer eine Rechteckwelle (synchronisierendes Signal d) der Periode λ, die in dem si­ gnalerzeugenden Schaltkreis D neu gebildet worden ist, inver­ tiert wird.

Daher werden die variablen Widerstände D1 und D2 des signaler­ zeugenden Schaltkreises D, während der Detektor B relativ zum Kodierelement A innerhalb eines Bereiches eines Rastermaßes bewegt wird, derart eingestellt, daß an den Ausgangs-Klemmen g1 bis g4 des Auswahl-Schaltkreises G die Ausgangssignale f1 bis f4 der zweiten Sensor-Gruppe abgegeben werden, und zwar in der Phasenlage, in welcher die erste Gruppe von Sensoren (E1 bis E4) den Grenzbereich der Minimal-Leseeinheit erfaßt und die Ausgangssignale E1 bis E4 der ersten Sensor Gruppe abgegeben werden in der Phasenlage, in welcher die zweite Gruppe von Sensoren (F1 bis F4) den Grenzbereich der Minimal- Leseeinheit erfaßt.

Fig. 2 stellt ein Ablaufdiagramm dar, welches Wellenformen von Eingangs- und Ausgangs-Signalen des Diskriminator-Schaltkrei­ ses C gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführung zeigt. In dieser Figur ändert sich das Ausgangssignal s1 des Sensors S1 wie eine Sinuswelle und ein Ausgangssignal s2 des Sensors S2 ändert sich wie eine negative Kosinuswelle, während der re­ lativen Bewegung des Kodierelementes A und des Detektors B in­ nerhalb eines Rastermaßes λ. Der Diskriminator-Schaltkreis C führt den Vergleich der Phasen A und B für die Ausgangs­ signale s1 und s2 durch und diskriminiert die Positionsrela­ tion zwischen dem Kodierelement A und dem Detektor B innerhalb eines Rastermaßes λ mit einem Intervall von λ/8. Jede Pha­ senlage wird als dreiziffriger Binärkode von 000 bis 111 an­ gezeigt, wobei jede Ziffer den Ausgaben c1, c2 und c3 ent­ spricht.

Fig. 3 zeigt Wellenformen von Eingangs- und Ausgangs-Signalen des Auswahl-Schaltkreises G gemäß der Ausführungsform. In die ser Figur werden ein Grenzbereich zwischen Adresse 2, nämlich "010" in Binärkode "c3, c2, c1", wobei die Ausgangssignale c1 bis c3, die von dem Diskriminator-Schaltkreis C erzeugt wer­ den, verwendet werden, und Adresse 3, die als "011" angegeben ist, und ein Grenzbereich zwischen Adresse 6, die als "110" angegeben ist, und Adresse 7, die als "111" angegeben ist, als die vorerwähnten "spezifischen Phasenpositionen" angesehen, die durch die variablen Widerstände D1 und D2 des signalerzeu­ genden Schaltkreises D eingestellt werden. Es wird weiterhin angenommen, daß eine Rechteck-Welle (synchronisierendes Signal d) so gebildet wird, daß sie in jedem der vorerwähnten Grenz­ bereiche invertiert und an einem Steuer-Eingang des Auswahl- Schaltkreises G angelegt wird.

In Fig. 3 werden, wenn das an den Auswahl-Schaltkreis G anzu­ legende synchronisierende Signal d gleich "0" ist, die Aus­ gangssignale f1 bis f4 der zweiten Gruppe von Sensoren F1 bis F4 ausgewählt, und wenn das synchronisierende Signal d gleich "1" ist, die Ausgangssignale e1 bis e4 der ersten Gruppe von Sensoren E1 bis E4 ausgewählt, und an den Ausgangsklemmen g1 bis g4 des Auswahl-Schaltkreises G abgegeben. Daher werden die Signale an den Ausgangsklemmen g1 bis g4 des Auswahl-Schalt­ kreises G Werte haben, die so ausgewählt sind, daß sie mit den Anstiegs- und Abfallkanten des Eingangs-Synchronisations- Signal d synchron sind, so daß als Ergebnis der Teil, der den Anstiegs- und Abfallkanten der Ausgangssignale e1 bis e4 und f1 bis f4 der Sensoren E1 bis E4 und F1 bis F4 entspricht, aus den Ausgangssignalen an g1 bis g4 des Auswahl-Schaltkreises eliminiert wird. Zur Erleichterung der Erklärung sind die Aus­ gangssignale e und f und ein ausgewähltes Ausgangssignal g ohne irgendeinen Suffix in Fig. 3 angegeben.

Obwohl beim vorstehend beschriebenen Absolutkodierer eine von zwei Gruppen von Sensoren alternierend ausgewählt wird, um ein einspuriges absolutes Zeichenmuster außerhalb des Grenzberei­ ches der Minimal-Leseeinheiten auszulesen, kann die Erfindung auch auf andere Typen von Asolutkodierern wie z. B. auf Abso­ lutkodierern mit einer mehrspurigen absoluten Zeichenmuster Stufeneinteilung angewandt werden, wie dies bereits im Zusam­ menhang mit der Erörterung des Standes der Technik beschrieben worden ist.

Claims (5)

1. Absolutkodierer mit einem Kodierelement, das ein als Grada­ tionsstufenfolge ausgebildetes absolutes Zeichenmuster einspu­ rig oder mehrspurig und wenigstens ein dazu paralleles einspu­ riges als Gradationsstufenfolge ausgebildetes inkrementales Zeichenmuster aufweist, wobei ein Detektor vorgesehen ist, der gegenüber dem Kodierelement relativ bewegbar zum Lesen der Teilung auf jeder Skala ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mit­ tel zum Diskriminieren einer relativen Phasenlage zwischen dem Kodierelement und dem Detektor innerhalb einer Periode des in­ krementalen Zeichenmusters aus einem Erfassungssignal des in­ krementalen Zeichenmusters, das durch den Detektor erhalten wird, vorgesehen sind und signalerzeugende Mittel zum Erzeugen eines synchronisierenden Signals vorgesehen sind, um ein Er­ gebnis des Ablesens des als Gradationsstufenfolge ausgebilde­ ten absoluten Zeichenmusters abzurufen, wenn eine Phasenlage, die durch das Diskriminatormittel diskriminiert wird, mit ei­ ner vorher bestimmten Phasenlage übereinstimmt.

2. Absolutkodierer nach Anspruch 1, bei welchem der Detektor zwei zusätzliche Sensoren zum Lesen des als Gradationsstufen­ folge ausgebildeten inkrementalen Zeichenmusters aufweist und das Diskriminatormittel dazu dient, Ausgangssignale von den beiden zusätzlichen Sensoren elektrisch zu diskriminieren, um das synchronisierende Signal mit rechteckiger Wellenform zu erzeugen, welches in der vorherbestimmten Phasenlage innerhalb eines Rastermaßes des inkrementalen Zeichenmusters invertiert wird.

3. Absolutkodierer nach Anspruch 1, bei welchem das Kodierele­ ment ein einspuriges, als Gradationsstufenfolge ausgebildetes absolutes Zeichenmuster aufweist und der Detektor zwei Gruppen von Sensoren zum Erfassen des einspurigen absoluten Zeichenmu­ sters aufweist, wobei der Kodierer ferner Auswahlmittel zum alternierenden Auswählen von Ausgangssignalen von einer der beiden Gruppen von Sensoren auf der Basis des synchronisieren­ den Signals aufweist.

4. Absolutkodierer nach Anspruch 3, bei welchem der Detektor zwei zusätzliche Sensoren zum Lesen des als Gradationsstufen­ folge ausgebildeten inkrementalen Zeichenmusters aufweist und das Diskriminatormittel Ausganssignale von den beiden zusätz­ lichen Sensoren elektrisch diskriminiert, um das synchronisie­ rende Signal mit rechteckiger Wellenform zu erzeugen, welches in der vorherbestimmten Phasenlage innerhalb eines Rastermaßes des inkrementalen Zeichenmusters invertiert wird, und das Aus­ wahlmittel Ausgangssignale von einer der beiden Gruppen von Sensoren in Abhängigkeit von einem invertierten oder nicht-in­ vertierten Zustand des synchronisierenden Signals auswählt, so daß das absolute Zeichenmuster in einer Phasenlage gelesen wird, die den Grenzbereich der Minimal-Leseeinheit aus­ schließt.

5. Absolutkodierer nach Anspruch 4, bei welchem eine Länge λ der Minimal-Leseeinheit des als Gradationsstufenfolge ausge­ bildeten absoluten Zeichenmusters gleich einer sich wiederho­ lenden Periode des als Gradationsstufenfolge ausgebildeten in krementalen Zeichenmusters ist und der Detektor eine erste Gruppe von Sensoren mit mehreren Sensoren aufweist, die in ein nem Abstand λ angeordnet sind, wobei eine zweite Gruppe von Sensoren vorgesehen ist, die mehrere andere Sensoren aufweist, die in demselben Abstand λ angeordnet sind und um eine Pha­ sendifferenz von λ/2 gegenüber der ersten Gruppe von Sensoren phasenverschoben sind und die erste Gruppe von Sensoren und die zweite Gruppe von Sensoren so angeordnet sind, daß sie auf das absolute Zeichenmuster gerichtet sind und mehrere zusätz­ liche Sensoren so angeordnet sind, daß sie auf das inkremen­ tale Zeichenmuster mit einer Phasendifferenz von λ/4 zueinan­ der gerichtet sind.