-
Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Kodierer zum Erfassen einer
Absolutposition und insbesondere auf einen Absolutkodierer, der
eine Kodiereinrichtung aufweist, die mit einer einzelnen Spur oder
mehreren Spuren eines als Stufenfolge ausgebildeten absoluten Zeichenmusters
und wenigstens einer dazu parallelen Spur eines als Stufenfolge
ausgebildeten inkrementalen Zeichenmusters und einem Detektor zum
Ablesen der Stufen der Stufenfolgen versehen ist. Die Erfindung
macht insbesondere einen Absolutkodierer verfügbar, bei welchem ein Abtastsignal
(synchron) in einer wählbaren
Phasenlage in einem Rastermaß eines
inkrementalen Musters erzeugt wird, welches den Zeittakt zum Ablesen
eines absoluten Zeichenmusters steuert, ohne daß eine Position des Detektors
oder eines Sensors mechanisch eingestellt zu werden braucht.
-
Ein
Absolutkodierer ist ein Meßinstrumenet, welches
Positionsinformationen eines Detektors in Bezug auf eine Teilung
auf einem Kodierelement mit einem Absolut-Positionssignal liefert,
welches inhärent
an die relative Position angepaßt
ist. Kodierelement und Detektor sind so zusammengesetzt, daß sie relativ
zueinander bewegt werden können.
Das Kodierelement ist mit einem als Stufenfolge ausgebildeten absoluten
Zeichenmuster versehen, das den numerischen Kode eines absoluten
Positionssignals darstellt, welches als physikalische Informationen ausgebildet
und in der Längsrichtung
einer Spur angeordnet ist. Der Detektor ist mit mehreren Sensoren versehen,
um die physikalischen Informationen des Musters zu diskriminieren.
Absolutkodierer werden gemäß ihrem
Aussehen nach zwei Typen klassifiziert, von denen einer den linearen
Typ darstellt, 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 Teilungs-Information (Absolutpositions-Signal),
die als physikalische Information auf einem als Stufeneinteilung
ausgebildeten absoluten Zeichenmuster gespeichert ist, durch die
Sensoren 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 inkrementale Zeichenmuster mit unterschiedlichem Rastermaß aufweisen,
was als Mehrspur-Stufeneinteilung bzw. -folge eines absoluten Zeichenmusters
bezeichnet wird. Ein Detektor zum Lesen der Mehrspur-Stufeneinteilung
eines absoluten Zeichenmusters weist mehrere Sensoren auf, die in
Positionen angeordnet sind, die einzeln jeweils jeder Spur entsprechen,
wobei ein Absolutposition-Signal einer ”Binärzahl in richtiger Reihenfolge” 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
23-Spur ... ... 0000000011111111
22-Spur ... ... 0000111100001111
21-Spur ... ... 0011001100110011
20-Spur ... ... 0101010101010101
Absolutposition
... ... defghijklmnop
-
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
Absolutposition-Signale aus Binärzahlen
a bis p in richtiger Reihenfolge von a = 0000, b = 0001 bis o =
1110, p = 1111, nacheinander erhalten 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
unregelmäßigen Abständen, welches
als Einspur-Absolut-Zeichenmuster mit Stufeneinteilung bezeichnet
wird. Bei der Teilung eines 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 Minimal-Ableseeinheiten mit unterschiedlichen physikalischen
Charakteristiken, die auf der Spur in einer einzigen Linie angeordnet
sind. Auf dem Detektor sind mehrere Sensoren in einer einzigen Linie
angeordnet mit einem Abstand, der im wesentlichen der Minimallänge der
Ableseeinheit entlang des als Stufeneinteilung ausgebildeten absoluten
Zeichenmusters entspricht, wobei ein Absolutposition-Signal, welches
aus ”unterschiedlichen
Binärzahlen
in wahlfreier Anordnung” besteht,
aus den Ausgangssignalen der mehreren Sensoren zusammengesetzt 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 Mehrspur-Typs
zwischen jeder der Spuren ist nicht erforderlich.
-
So
werden z. B. bei Verwendung einer Zahlenfolge
000100110101111
der
M-Sequence mit fünfzehn
Binärkodes
pro Periode ”0” und ”1” dieser
Zahlenfolge durch zwei Arten von Minimal-Ableseeinheiten ersetzt,
die unterschiedliche physikalische Charakteristiken haben, um so
ein Einspur-Absolut-Zeichenmuster auf dem Kodierelement zu bilden,
nämlich
-
-
Dieses
Zeichenmuster gibt lediglich eine der Minimal-Wiederholungseinheiten
an, so daß ”a” nach dem
letzten ”o” wiederholt
wird. Bei diesem Zeichenmuster werden vier aufeinanderfolgende Ziffern
als ein Kode gelesen, wobei die Phaseninformation jedes 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 entsprechen. Die Sensoren erzeugen fünfzehn Absolutposition-Signale,
die Binärzahlen
in Wahlfeier Reihenfolge enthalten mit unterschiedlichen Kodeinhalten
von jeweils a = 0001, b = 0010 bis n = 1100, o = 1000. Hier darf,
da wegen der wahlfreien Reihenfolge des Absolutposition-Signals
ein praktisches Problem entsteht, 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 zutreffende Umwandlungstabelle
gespeichert ist, umzuwandeln, um so ein Absolutposition-Signal mit
richtiger Reihenfolge auszugeben.
-
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-Absolut-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-Ableseeinheit,
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 aufgrund
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 einer
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 inkrementale Zeichenmuster zu erfassen, so daß ein Abtastsignal (synchron)
für die
Zeitsteuerung erzeugt wird, um das einspurige absolute Zeichenmuster
aus dem Ausgangssignal des zusätzlichen
Sensors zu gewinnen.
-
Das
bedeutet, daß die
Position des zusätzlichen
Sensors mechanisch an das inkrementale Zeichenmuster angepaßt wird
derart, daß in
der Positions-Beziehung zwischen dem Kodierelement und dem Detektor
innerhalb eines Abstandes des inkrementalen Zeichenmusters 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 Einspur-Absolut-Zeichenmusters durch die Sensoren, um
das absolute Zeichenmuster zu erfassen, nur dann durchgeführt wird,
wenn das Abtastsignal ”1” ist.
-
So
offenbart z. B.
US-Patente 5,068,529 einen
Absolutkodierer, bei welchem ein Satz von Sensoren in der Position
entsprechend der Mitte der Minimal-Ableseeinheit immer mittels eines
alternierenden 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
sicherzutellen. In diesem Fall sind vor einem einspurigen absoluten 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
der Grenzbereich nicht erfaßt
werden darf.
-
Da
eine gleiche fehlerhafte Funktion bei einem Mehrspur-Absolutkodierer
auftreten kann, wird die gleiche Maßnahme zur Lösung des
Problems benutzt. D. h., daß in
einer Phasenlage, in welcher zwei oder mehr inkrementale Zeichenmuster
von unterschiedlichem Zeichen-Pausen-Abstand, die ein Mehrspur-Absolut-Zeichenmuster bilden,
gleichzeitig umgekehrt werden, ein anomales Absolutposition-Signal
neben der richtigen Absolutposition gelegentlich ausgegeben wird,
wenn die den jeweiligen Zeichenmustern entsprechenden Sensor-Ausgangssignale nicht
gleichzeitig umgekehrt werden.
-
Aus
diesem Grunde wird in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben,
jedes Zeichenmuster mit Ausnahme der letzten Stelle durch zwei Sensoren erfaßt, die
mit einem Abstand, der der Hälfte
des Minimalabstandes (die letzte Ziffer) des Zeichenmusters entspricht,
angeordnet sind, so daß im
Abhängigkeit
davon, ob das Abtastsignal, welches durch Erfassen des inkrementalen
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-Ausgangssignale
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 Zeichenmuster 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 Detektorseite die Notwendigkeit besteht, die Positionsbeziehung
zwischen dem Sensor zum Erfassen des inkrementalen Zeichenmusters
und den Sensoren zum Erfassen des absoluten Zeichenmusters innerhalb eines
Rastermaßes
des inkrementalen Zeichenmusters 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 Zeichenmusters und ein zusätzlicher
Sensor zum Erfassen eines inkrementalen 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-Position und für die Einstellarbeit
zu haben, so daß es
nicht möglich
ist, den Absolutkodierer zu miniaturisieren und die Anzahl der Teile
zu verringern und das Zusammensetzen zu automatisieren. 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. Jedoch kann die Genauigkeit mit
konventionellen mechanischen Systemen nicht erzielt werden.
-
-
Ausgehend
von der
DE 39 42 625
A1 liegt die Aufgabe der Erfindung darin, einen Absolutkodierer
bereitzustellen, bei dem eine Einstellung der Position des Sensors
bzw. der Sensoren des ersten Zeichenmusters gegenüber der
Position der Sensoren des zweiten Zeichenmusters entlang der Längsrichtung
der Zeichenmuster nicht notwendig ist.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Absolutkodierer,
der Kodiermittel, auf denen ein absolutes 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 Absolutkodierer Diskriminator-Mittel zum Diskriminieren
einer relativen Phasenposition des Kodiermittels und des Detektors innerhalb
einer Periode des inkrementalen Zeichenmusters auf der Basis eines
Erfassungssignals 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-Zeichenmusters
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 Erfindung ist die mechanische Einstellung für die Position des Sensors
oder der Sensoren nicht erforderlich. Jedoch wird die Zeitperiode zum
Erzeugen dieses synchronisierenden Signals in Relation zur Phasenlage
innerhalb eines Rastermaßes
des inkrementalen Zeichenmusters durch Einstellen oder Anpassen
in einer 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
inkrementalen Zeichenmusters invertiert wird. Hier kann die vorgegebene
Phasenlage wahlweise durch bestimmte variable elektronische Einstellmittel
geändert
werden, beispielsweise durch einen variablen Widerstand oder einen
Umschalter, und zwar sogar 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-Mittel diskriminieren eine
Erfassungsposition innerhalb jedes Rastermaßes 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 inkrementalen Zeichenmusters erhalten
wird. Als konkretes Diskriminier-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 Sensoren 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
Sinuswellen-Signalen. Hier werden, wenn das Tangentensignal erzeugt
wird, zwei Quasi-Sinus-Wellen als eine Sinuswelle und eine Kosinuswelle
betrachtet, wobei ihr Verhältnis
mittels eines Analog-Schaltkreises errechnet wird.
-
In
dem signalerzeugenden Mittel können
wenigstens zwei spezifische Phasenlagen wahlweise innerhalb des
einen Rastermaßes
eingestellt werden. Das signalerzeugende Mittel erzeugt, als synchronisierendes
Signal, eine Rechteckwelle oder einen Triggerimpuls, die bzw. der
invertiert wird, wenn eine Phasenlage, die durch das Diskriminatormittel diskriminiert
wird, mit der eingestellten Phasenlage übereinstimmt. Das synchronisierende
Signal kann als Abtastsignal verwendet werden, um die Zeitpunkte
zum Erfassen des absoluten Zeichenmusters zu bestimmen. 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-Absolut-Zeichenmuster fortlaufen ausgelesen
wird, während
zwei Gruppen von Sensoren alternierend geschaltet werden.
-
D.
h., daß ein
Auswahlmittel alternierend eines der Ausgangssignale 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 erzeugt wird, angeordnet
sind. Auf diese Weise wird ein Absolutposition-Signal fortlaufend
ohne irgendwelche Unterbrechung auf dem Einspur-Absolut-Zeichenmuster
erzeugt, wobei das absolute 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 Kodierelement erforderlich. Sogar nach dem Zusammenbau des Absolutkodierers
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 bevorzugten Ausführungsform
deutlicher hervor, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird, die lediglich zur Verdeutlichung von Beispielen dienen. Es
zeigen:
-
1 im
Schema den grundsätzlichen
Aufbau eines Absolutkodierers gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 ein
Ablaufdiagramm der Eingangs- und Ausgabe-Wellenform des Diskriminator-Schaltkreises
für ein
Rastermaß gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 1;
-
3 ein
Ablaufdiagramm eines Eingangs- und Ausgangssignals der Auswahlschaltung
gemäß der Ausführungsform
der 1.
-
1 zeigt
im Schema den Aufbau eines Absolutkodierers gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
wird ein Einspur-Absolut-Zeichenmuster auf einem Kodierelement durch
zwei Gruppen von Sensoren erfaßt,
wobei ein inkrementales Zeichenmuster, welches auf dem Kodierelement
parallel zur Spur des absoluten Zeichenmusters angeordnet ist, durch
zwei andere Sensoren erfaßt
wird. Durch Diskrimination von Phasen der Ausgangssignale, die von
den vorerwähnten beiden
Sensoren mittels einer elektrischen Schaltung erzeugt werden, wird
ein synchronisierendes Signal mit rechteckiger Wel lenform neu erzeugt.
Das synchronisierende Signal wird in der optimalen Phasenlage innerhalb
eines Rastermaßes
des inkrementalen Zeichenmusters invertiert. In Abhängigkeit
von ”0” oder ”1” des synchronisierenden
Signals wird eine der beiden Gruppen von Sensoren ausgewählt, so daß das absolute
Zeichenmuster an einer Stelle ausgelesen wird, die den Grenzbereich
einer Minimal-Leseeinheit ausschließt.
-
In 1 hat
das Kodierelement A ein einspuriges absolutes Zeichenmuster P, in
welchem, wenn die Dreiecksmarkierung in 1 als Startpunkt
angenommen wird, ”0” und ”1” einer
Ziffernfolge 0000101100111101 durch zwei Arten von Minimal-Leseeinheiten
(weiße
Felder und schraffierte Felder) mit einer Länge λ gebildet werden, wobei ein inkrementales
Zeichenmuster 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 zweiten Gruppe von Sensoren versehen, die vier Sensoren
F1 bis F4 umfaßt,
die mit einem Rastermaß λ angeordnet
und phasenverschoben 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-Wellenform aufweisenden Ausgangssignale von den
Sensoren S1 und S2 als Sinuswelle (Signalphase A) und Kosinuswelle
(Signalphase B) und vergleicht die Signalphase A mit der Signalphase B
und diskriminiert dann in Echtzeit, welche der acht Phasenpositionen
(0–7 in 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 erzeugen. 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 übereinstimmt, die durch die
variablen Widerstände
D1 und D2 eingestellt 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
Ausgangssignale den Ausgangs-Klemmen G1 und G4 zuzuführen.
-
Bei
dem Absolutkodierer mit der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung
werden, wenn der Detektor B in der durch Pfeil bezeichneten 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 alternierend an den Ausgangs-Klemmen g1 bis
g4 des Auswahl-Schaltkreises G abgegeben, wann immer eine Rechteckwelle
(synchronisierendes Signal d) der Periode λ, die in dem signalerzeugenden Schaltkreis
D neu gebildet worden ist, invertiert wird.
-
Daher
werden die variablen Widerstände
D1 und D2 des signalerzeugenden Schaltkreises D, während der
Detektor B relativ zum Kodierelement A innerhalb eines Bereiches
eines Rastermaßes λ 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.
-
2 stellt
ein Ablaufdiagramm dar, welches Wellenformen von Eingangs- und Ausgangs-Signalen
des Diskriminator-Schaltkreises 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 relativen Bewegung des Kodierelementes A und des Detektors B
innerhalb eines Rastermaßes λ. Der Diskriminator-Schaltkreis
C führt
den Vergleich der Phasen A und B für die Ausgangssignale s1 und
s2 durch und diskriminiert die Positionsrelation zwischen dem Kodierelement
A und dem Detektor B innerhalb eines Rastermaßes λ mit einem Intervall von λ/8. Jede
Phasenlage wird als dreiziffriger Binärkode von 000 bis 111 angezeigt,
wobei jede Ziffer den Ausgaben c1, c2 und c3 entspricht.
-
3 zeigt
Wellenformen von Eingangs- und Ausgangs-Signalen des Auswahl-Schaltkreises G
gemäß der Ausführungsform.
In dieser 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 werden, verwendet werden, und Adresse 3, die als ”011” angegeben
ist, und ein Grenzbereich zwischen Adressse 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 signalerzeugenden 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 3 werden,
wenn das an den Auswahl-Schaltkreis G anzulegende synchronisierende Signal
d gleich ”0” ist, die
Ausgangssignale 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-Schaltkreises
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 Ausgangssignale
e und f und ein ausgewähltes
Ausgangssignal g ohne irgendeinen Suffix in 3 angegeben.
-
Obwohl
beim vorstehend beschriebenen Absolutkodierer eine von zwei Gruppen
von Sensoren alternierend ausgewählt
wird, um ein einspuriges absolutes Zeichenmuster außerhalb
des Grenzbereiches der Minimal-Leseeinheiten auszulesen, kann die
Erfindung auch auf andere Typen von Asolutkodierern wie z. B. auf
Absolutkodierern mit einer mehrspurigen absoluten Zeichenmuster-Stufeneinteilung angewandt
werden, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Erörterung
des Standes der Technik beschrieben worden ist.
