DE4225081A1 - Mehrfachumdrehungs-absolutmesswertgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfachumdrehungs-Absolutmeß­ wertgeber, um die absolute Position beispielsweise einer An­ triebswelle an einer Werkzeugmaschine, einem Roboter, einem Tisch und dergleichen zu erfassen. Ein solcher Meßwertgeber ist wichtig, um die Position einer Maschine im Betrieb zu be­ stimmen, wenn ein programmierter Halt oder ein Nothalt erfor­ derlich ist und die Maschine in einer exakten Position erneut angefahren werden muß.

Fig. 7 zeigt den allgemeinen Aufbau eines konventionellen Mehrfachumdrehungs-Absolutmeßwertgebers, wobei eine Antriebs­ welle 2, auf der ein Mehrfachumdrehungsdetektor 3 angeordnet ist, ein Außengehäuse 1 durchsetzt. Auf der Antriebswelle 2 ist ferner ein Absolutwertdetektor 4 angeordnet. Eine Leiter­ platte 5 weist analoge Verarbeitungsschaltkreise auf, um die Ausgangssignale der Detektoren zu formen, und eine Leiter­ platte 6 weist einen Schaltkreis zur digitalen Verarbeitung der Ausgangssignale der analogen Verarbeitungsschaltkreise auf.

Herkömmlicherweise umfaßt der Absolutwertdetektor 4 eine strukturierte erste Scheibe, die ortsfest ist, und eine daran angrenzende, parallele und strukturierte zweite Scheibe, die sich mit der Welle dreht. Eine Lichtquelle (typischerweise eine LED) an einer äußeren Seite des Paars von parallelen Scheiben ist auf Fotozellen gerichtet, die an einer entgegen­ gesetzten Seite des Paars von Scheiben angeordnet sind. Die Ausgangssignale der Fotozellen sind durch die überlagerten Strukturen bzw. Muster der beiden Scheiben bestimmt und defi­ nieren in unverwechselbarer Weise eine Winkelposition bei einer Umdrehung der Welle.

Der Mehrfachumdrehungsdetektor 3 wird benötigt, um die Netto­ drehposition der Welle nach einer Vielzahl von Umdrehungen zu identifizieren, und zwar insbesondere, wenn die Serie von Um­ drehungen während des Betriebs einer Maschine mehrmals die Richtung wechselt. Konventionell kann der Detektor 3 ein mit magnetischer Resonanz arbeitender Detektor sein, der zwei Drehpositionssignale erzeugt, die je nach der Drehrichtung verschiedene Phase haben, und die aus einem Vergleich der beiden Signale resultierende Phase bezeichnet die momentane Drehrichtung.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild der auf den Leiterplatten 5, 6 angeordneten Signalprozessoren. Zwei Wellenformungskrei­ se 7, 8 sind vorgesehen, um die Wellenformen von zwei Detek­ tiersignalen 16, 17 zu formen, die von dem Mehrfachumdre­ hungsdetektor 3 ausgegeben werden und 90° phasenverschoben sind. Die Wellenformungskreise erzeugen entsprechende Signale A und B, die zur digitalen Verarbeitung verstärkt werden, aber entsprechend phasenverschoben bleiben. Ein Zweiphasen­ impuls-Verarbeitungskreis 11 empfängt die beiden Signale A, B und erzeugt ein Ausgangssignal zu einem n-Bit-Zweirichtungs­ zähler 13. Der Zähler 13 liefert Zählsignale K1 bis Kn an eine Recheneinheit 19, die außerdem m-Bit-Drehwinkelposi­ tionssignale S1 bis Sm empfängt, die auf einer Leitung 18 vom Absolutwertdetektor 4 ausgegeben werden.

Der Betrieb des Meßwertgebers wird nachstehend unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung beschrieben. Wenn sich die Antriebs­ welle 2 dreht, wird ihre Drehung von dem Mehrfachumdrehungs­ detektor 3 erfaßt, der dann zwei Mehrfachumdrehungs-Erfas­ sungssignale 16, 17 liefert, die 90° phasenverschoben sind. Diese Mehrfachumdrehungs-Erfassungssignale 16, 17 werden über die Wellenformungskreise 7, 8 und den Zweiphasenimpuls-Verar­ beitungskreis 11 von Fig. 8 in Aufwärts- oder Abwärtszählim­ pulse entsprechend der Drehrichtung der Antriebswelle 2 umge­ wandelt. Die Zählimpulse von dem Zweiphasenimpuls-Verarbei­ tungskreis 11 werden dem n-Bit-Zweirichtungszähler 13 zuge­ führt, der dann an die Recheneinheit 19 n-Bit-Zählwerte lie­ fert. Aufgrund der zusätzlichen Eingabe von Drehwinkelposi­ tionssignalen vom Absolutwertdetektor 4 kann die Rechenein­ heit 19 die absolute Position der Welle identifizieren.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel des Betriebs der konventionellen Schaltung. Die Figur zeigt verschiedene Signale, die während Mehrfachumdrehungen der Welle 2 zuerst in Vorwärtsrichtung um eine Umdrehung und 90° und dann in Rückwärtsrichtung um zwei Umdrehungen erzeugt werden. Zuerst sind die ursprünglichen Signale 16, 17, die vom Detektor 3 während der mehrfachen Um­ drehungen der Welle erfaßt und den Wellenformungskreisen 7, 8 von Fig. 8 zugeführt werden, und die entsprechend geformten Ausgangssignale A1 und B1 von den Wellenformungskreisen ge­ zeigt. Anschließend ist das Ergebnis der Verknüpfung dieser Bedingungen gezeigt.

Wenn beispielsweise (1) die Antriebswelle sich in Vorwärts­ richtung dreht, (2) das Ausgangssignal A1 vom Wellenformungs­ kreis HOCH ist und (3) das Ausgangssignal B1 des Wellenfor­ mungskreises ansteigt, liefert der Zweiphasenimpuls-Verarbei­ tungskreis 11 einen Aufwärtszählimpuls Up. Infolgedessen zählt der Zweirichtungszähler 13 aufwärts. Wenn dagegen (1) die Antriebswelle in Rückwärtsrichtung dreht, (2) das Aus­ gangssignal A1 des Wellenformungskreises den HOCH-Pegel hat und (3) das Ausgangssignal B1 des Wellenformungskreises ab­ fällt, liefert der Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis 11 einen Abwärtszählimpuls Dp, und der Zweirichtungszähler 13 zählt abwärts.

Das Ergebnis des beschriebenen Zählvorgangs besteht in der Verknüpfung von n-Bit-Signalen, die vom Zähler 13 auf Leitun­ gen K1 bis Kn ausgegeben werden, und in einem digitalen Zähl­ wert, der in einer vom Bediener lesbaren Schreibweise ange­ zeigt werden kann. Insbesondere erzeugt der Zähler, der ent­ sprechend dem gezeigten Beispiel vorgeht, zuerst einen "+1"- Impuls und dann drei aufeinanderfolgende "-1"-Impulse, so daß sich der akkumulierte Zählwert dadurch von 0 zu +1, zu 0, zu -1 und dann zu -2 ändert.

Konventionell wird dieser Zählvorgang vorher von dem Mehr­ fachumdrehungsdetektor 3 eingestellt, so daß er nur an einer Position durchgeführt wird, an der ein Drehwinkelpositions­ signal 18, das nachstehend beschrieben wird, 0° entspricht.

Das Ausgangssignal des Absolutwertdetektors 4 wird in die codierten m-Bit-Drehwinkelpositionssignale S1 bis Sm auf Lei­ tungen 18 umgewandelt, d. h. in einen Spezialcode, der als Gray-Code bezeichnet wird und der konventionell Werte an­ nimmt, die Winkeln von 0 bis 360° entsprechen. Insbesondere wird das Ausgangssignal des Detektors 4 von einem Operations- Verstärker, einem Vergleicher oder dergleichen (nicht ge­ zeigt) auf der Wellenformungs-Leiterplatte 5 verarbeitet und in die Recheneinheit 19 eingegeben. Die Recheneinheit 19 be­ rechnet einen m-Bit-Drehwinkelwert auf der Basis der eingege­ benen m-Bit-Drehwinkelpositionssignale S1 bis Sm auf Leitun­ gen 18, verknüpft den Drehwinkelwert mit dem bereits ausgele­ senen n-Bit-Zählwert und gibt seriell die Ergebnisse als ein m+n-Bit-Absolutwertsignal aus.

Bei dem obigen Aufbau des konventionellen Mehrfachumdrehungs- Absolutmeßwertgebers können von der Recheneinheit 19 aus meh­ reren Gründen falsche Daten ausgegeben werden. Erstens wird der Zählwert des Zweirichtungszählers 13 in die Rechenein­ heit 19 eingelesen, während der Zweirichtungszähler 13 gerade mit der Durchführung des Zählvorgangs beginnt (in einem unde­ finierten Bereich, der durch die Anstiegsflanke des Zählim­ pulses K1 und die Anstiegsflanke des Zählimpulses Kn defi­ niert ist, wie Fig. 9 zeigt). Zweitens können falsche Daten hinsichtlich einer Umdrehung geliefert werden, wenn ein Ver­ niert ist, wie Fig 9 zeigt). Zweitens können falsche Daten hinsichtlich einer Umdrehung geliefert werden, wenn ein Ver­ satz zwischen einem Punkt der Zähloperation und einem Null­ punkt des Drehwinkelpositionssignals größer als die Auflösung der Drehwinkelposition ist. Temperaturänderungen in der Ar­ beitsumgebung oder Schwingungen können die Auflösung des Positionsdetektors beeinflussen. Außerdem können auch falsche Daten ausgegeben werden, wenn infolge der Vor- und Rückwärts­ drehung der Antriebswelle ein Hysterese-Effekt groß ist.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß die Aufrechter­ haltung eines Absolutdrehwerts einen Speicher benötigt, um in zwei Richtungen die Umdrehungszahl zu zählen, und der Zähl­ wert wäre bei einem Stromausfall verloren, was die Initiali­ sierung des gesamten Meßwertgebersystems erforderlich machen würde.

Aufgabe der Erfindung ist die Überwindung der Nachteile des konventionellen Meßwertgebers durch Bereitstellen eines Mehr­ fachumdrehungs-Absolutmeßwertgebers hoher Genauigkeit und hoher Auflösung.

Ein Vorteil der Erfindung ist dabei die Bereitstellung eines Mehrfachumdrehungs-Absolutmeßwertgebers, bei dem es möglich ist, nur ein einziges Umdrehungsgeberelement zu verwenden, um die Umdrehungszahl eindeutig zu bestimmen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Bereitstellung eines Mehrfachumdrehungs-Absolutmeßwertgebers, bei dem eine Kombination aus Drehwinkeldetektor und Mehrfachumdrehungs- Meßwertgeber verwendet werden kann, um die absolute Drehposi­ tion eindeutig zu bestimmen.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung, wobei die Drehung einer Welle erfaßt und als Basis für die Zweirichtungszähloperation eines ersten und eines zweiten Zählers genutzt wird, wobei jeder Zähler aufgrund von Signalen, die verschiedenen Dreh­ winkeln der Welle entsprechen, inkrementiert wird und eine Auswahl unter den beiden Zählern getroffen wird, um den Zähl­ wert auf der Basis einer erfaßten Drehwinkelposition der Welle zu verarbeiten.

Ferner umfassen die Vorrichtung und das Verfahren nach der Erfindung die arithmetische Verarbeitung, die die Modifika­ tion des detektierten Zählwerts um einen vorbestimmten Wert umfaßt, auf der Basis der erfaßten Drehwinkelposition.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Blockschaltbild von Umdrehungserfassungssignal­ prozessoren in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 Ausgangssignalverläufe bei dem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung;

Fig. 3 Beziehungen zwischen dem Drehwinkel einer Antriebs­ welle und den Zählpunkten von Zweirichtungszählern bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4a bis 4c Beziehungen zwischen dem Drehwinkel der Antriebs­ welle, Zählwerten und Winkelzonen bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 Beziehungen zwischen den Winkelzonen und den Zähl­ werten bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Er­ findung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Umdrehungserfassungs­ signalprozessors, der in einem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung einsetzbar ist;

Fig. 7 ein Strukturdiagramm eines bekannten Mehrfachum­ drehungs-Absolutmeßwertgebers;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines konventionellen Umdre­ hungserfassungssignalprozessors; und

Fig. 9 Signalverläufe, die im Betrieb des konventionellen Meßwertgebers auftreten.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild von Umdrehungserfassungs­ signalprozessoren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei mit 1-6 Teile bezeichnet sind, die denjenigen der konventio­ nellen Einrichtung entsprechen. Ferner sind die Wellenfor­ mungskreise 7, 8 und ihre Ausgangssignale A und B, der Zwei­ phasenimpuls-Verarbeitungskreis 11, der Zweirichtungszäh­ ler 13, die beiden Signale 16, 17, die vom Mehrfachumdre­ hungsdetektor 3 geliefert werden und in bezug auf die Drehung der Antriebswelle 2 phasenverschoben sind, und das m-Bit- Digitalsignal 18, das aus dem Ausgangssignal des Absolutwert­ detektors 4 umgewandelt wird, im wesentlichen die gleichen wie bei dem konventionellen Meßwertgeber. Das Ausgangssignal des Verarbeitungskreises 11 ist mit Up1 und Dp1 bezeichnet, und die Ausgangssignale des Zählers 13 sind mit K11 bis K1n bezeichnet.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind ferner Inverter 9, 10 zur Umkehrung der beiden Ausgangssignale A, B, die in den Wellenformungskreisen 7, 8 geformt wurden, und zur Bildung von entsprechenden Signalen A und B vorgesehen. Ein Zwei­ phasenimpuls-Verarbeitungskreis 12 ist zusätzlich vorgesehen, um die invertierten Ausgangssignale A und B in Aufwärtszähl­ impulse Up2 oder Abwärtszählimpulse Dp2 entsprechend der Drehrichtung der Antriebswelle 2 umzuwandeln. Ferner ist zu­ sätzlich ein n-Bit-Zweirichtungszähler 14 vorgesehen, der die Auf/Ab-Zählimpulse vom Verarbeitungskreis 12 empfängt und einen Zählwert bildet, der durch Signale auf Leitungen K21 bis K2n dargestellt ist. Die Ausgangszählwerte von den Zäh­ lern 13 und 14 sowie die Drehwinkelpositionssignale auf Lei­ tung 18 werden einer Recheneinheit 15 zugeführt. Sämtliche Schaltkreise 7-15 sind auf der Digitalverarbeitungs-Leiter­ platte 6 angeordnet.

Fig. 2 zeigt Signale, die während des Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels auftreten, wenn die Antriebswelle 2 sich in Rückwärtsrichtung dreht, nachdem sie sich um eine Umdre­ hung und 90° in Vorwärtsrichtung gedreht hat.

Der Betrieb des Meßwertgebers wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Wenn sich die Antriebswelle 2 dreht, wird ihre Drehung von dem Mehrfachumdrehungsdetektor 3 erfaßt, der dann zwei Erfassungssignale 16, 17 liefert, die eine Periode von einer Umdrehung haben und in bezug auf die Drehung der Antriebswelle 2 um 90° phasenverschoben sind. Diese ursprünglichen Mehrfachumdrehungssignale 16, 17 werden von dem Wellenformungskreis 7, 8 geformt und intakt als Signale A, B dem Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis 11 sowie den Invertern 9, 10 zugeführt, in denen sie in entsprechende Signale A und B invertiert werden. Die invertierten Signale werden dem anderen Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis 12 zu­ geführt. In jedem der Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskrei­ se 11, 12 werden die beiden Paare von Signalen (A, B; A, B) weiter zu Aufwärts- oder Abwärtszählimpulsen entsprechend der Drehrichtung der Antriebswelle 2 umgewandelt und intakt ihren jeweiligen n-Bit-Zweirichtungszählern 13, 14 zugeführt. Jeder Zweirichtungszähler 13, 14 liefert n-Bit-Zählwerte (K11 bis K1n bzw. K21 bis K2n).

Die Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreise 11, 12 und die Zwei­ richtungszähler 13, 14 sind, wie die Signalverläufe von Fig. 2 zeigen, so ausgelegt, daß sie aufwärtszählen, wenn das Aus­ gangssignal B1 des Wellenformungskreises den Hochpegel an­ nimmt, während das Ausgangssignal A1 des Wellenformungskrei­ ses den Hochpegel hat, und abwärtszählen, wenn das Ausgangs­ signal B1 des Wellenformungskreises den Niedrigpegel annimmt, während das Ausgangssignal A1 des Wellenformungskreises den Hochpegel hat.

Die Zählfenster für die Zähler 13, 14, d. h. die Position der Antriebswelle 2, an der die Zähler aufgetastet werden, um die Aufwärts- oder Abwärtszählimpulse zu erzeugen, sind von dem Mehrfachumdrehungsdetektor 3 vorgegeben. Insbesondere erfolgt die Auftastung, wenn R, das den Drehwinkel der Antriebswelle 2 bezeichnet, wie in Fig. 3 gezeigt ist, sich in der Nachbar­ schaft von 0° für den Zähler 13 befindet und R sich in der Nachbarschaft von 180° für den Zähler 14 befindet.

Wie bei dem konventionellen Meßwertgeber wird das Signal, das den vom Absolutwertdetektor 4 erfaßten Drehwinkel betrifft, in das m-Bit-Drehwinkelpositionssignal 18 von dem Operations­ verstärker, dem Vergleicher oder dergleichen (nicht gezeigt) auf der Wellenformungs-Leiterplatte 5 umgewandelt und der Recheneinheit 15 zugeführt.

Die Recheneinheit 15 berechnet den Drehwinkel der Antriebs­ welle 2 auf der Basis des zugeführten m-Bit-Drehwinkelposi­ tionssignals 18 und bestimmt, in welchen der vier gleichmäßig aufgeteilten Umdrehungsbereiche (Fig. 3) der Drehwinkel R fällt. Das heißt, die Recheneinheit 15 entscheidet, welche der Zonen Z1 bis Z4 den Drehwinkel der Antriebswelle 2 ent­ hält, d. h. eine Z1-Zone von 0° R < 90°, eine Z2-Zone von 90° R < 180°, eine Z3-Zone von 180° R < 270° oder eine Z4-Zone von 270° R < 360°. Die Recheneinheit berechnet außerdem den Umdrehungswert durch Auslesen des Zählwerts aus einem der beiden Zweirichtungszähler 13, 14 je nach dem Entscheidungsergebnis. Der Mehrfachumdrehungswert (n Bits) und der Drehwinkel (m Bits), die auf diese Weise berechnet werden, werden verknüpft und als ein serielles n+m-Bit- Absolutwertsignal ausgegeben.

Ein Verfahren zum Berechnen des Mehrfachumdrehungswerts wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4(a)-4(c) und 5 beschrieben. Zuerst wird der Nullpunkt der Wellendrehung be­ stimmt, und der Zähler wird an diesem Punkt auf Null gesetzt. Es ist zu beachten, daß die Zweirichtungszähler 13, 14 in der Z1-Zone rückgesetzt werden. Wenn sich dann die Antriebswel­ le 2 dreht, ändern sich die Beziehungen zwischen dem Drehwin­ kel, den Zählwerten der Zweirichtungszähler 13, 14 und den Zonen, wie die Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) zeigen. Diese Bezie­ hungen können ferner in der Tabelle von Fig. 5 zusammengefaßt werden.

Fig. 4(c) zeigt den Winkelwert, der jeder der Zonen Z1-Z4 entspricht, und diese Winkelwerte erscheinen als ein Drei­ ecksverlauf, der mit der Drehung der Welle von Zone Z1 zu Zone Z4 ansteigt und dann am Übergang von Zone Z4 zu Zone Z1 auf Null abfällt. Am Übergang von Zone Z2 zu Zone Z3 inner­ halb eines durch die Strichlinien bezeichneten breiten Tole­ ranzbereichs wird der Zähler 14 von 0 auf einen Zählwert +1 inkrementiert, wie Fig. 4(b) zeigt. Dann wird der Zähler 13 am Übergang von Zone Z4 zur Zone Z1 von 0 auf +1 inkremen­ tiert, wie Fig. 4(a) zeigt. Ähnliche inkrementelle Erhöhungen erfolgen an den gleichen Übergangspunkten bei der zweiten und der dritten Umdrehung der Welle. Selbstverständlich nimmt der Zählwert bei Umdrehungen in Gegenrichtung ab.

Gemäß Fig. 5 ist der Zählwert C1 des Zweirichtungszählers 13 während der ersten Umdrehung in jeder Zone 0 und ändert sich, beginnend in Zone Z1 der zweiten Umdrehung, zu 1. Der Zähl­ wert C2 des Zweirichtungszählers 14 ist 0 während der Zone Z1 und der Zone Z2 der ersten Umdrehung und ist 1 von der Zone Z3 der ersten Umdrehung bis zur Zone Z2 der zweiten Um­ drehung. Der Punkt, an dem sich der Zählwert C1 des Zäh­ lers 13 ändert (d. h. sich in einem unbestimmten Bereich zwischen der Anstiegsflanke des Abwärtszählimpulses K11 und der Anstiegsflanke des Impulses K1n befindet), liegt im Bereich von 0° in der Zone Z1, d. h. während eines Übergangs von Z4 zu Z1. Zu diesem Zeitpunkt ermöglicht also das Ausle­ sen des Zählwerts C2 des anderen Zählers 14, dessen Zählwert sich nicht ändert, wie Fig. 5 zeigt, die Ermittlung des Mehr­ fachumdrehungswerts ohne Nutzung des sich ändernden Zähl­ werts, so daß das bei dem konventionellen Meßwertgeber auf­ tretende Problem vermieden wird. Ebenso wird der Zählwert C1 des Zählers 13 an einem Punkt ausgelesen, an dem sich der Zählwert C2 des Zählers 14 ändert (d. h. in einem unbestimm­ ten Bereich zwischen der Anstiegsflanke des Impulses K21 und der Anstiegsflanke des Impulses K2n).

Gemäß diesem Verfahren liest daher die Recheneinheit 15 den Zählwert C2 des Zählers 14 in der Zone Z1 und den Zählwert C1 des Zählers 13 in den Zonen Z2 und Z3 aus. Ferner liest die Recheneinheit 15 den Zählwert C2 des Zählers 14 in der Zone Z4 aus und subtrahiert davon einen Wert von 1. Auf der Basis der so ausgelesenen Werte kann jeder Drehwinkelwert bei Mehrfachumdrehungen der Welle für jede Drehwinkelposition exakt berechnet werden. Außerdem kann die Bestimmung unter Verwendung nur eines einzigen Mehrfachumdrehungs-Detektor­ elements durchgeführt werden.

Bei der oben beschriebenen Auslegung der Einrichtung wird der Zählwert nicht ausgelesen, wenn sich der Zweirichtungszähler ändert, d. h. während der Zählvorgang durchgeführt wird, und somit werden von der Recheneinheit keine falschen Daten aus­ gegeben. Wenn ferner ein Versatz zwischen dem Zählpunkt des Zählers und dem Nullpunkt des Drehwinkelpositionssignals grö­ ßer als die Auflösung der Drehwinkelposition ist, besteht keine Gefahr der Ausgabe von falschen Daten. Auch werden falsche Daten nicht ausgegeben, wenn die Hysterese infolge von Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen der Antriebswelle groß ist.

Ein gleichartiger Betrieb ist zu erwarten, wenn die beiden Mehrfachumdrehungserfassungssignale, die bei dem ersten Aus­ führungsbeispiel verwendet werden, durch drei oder mehr Mehr­ fachumdrehungserfassungssignale ersetzt werden.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 verwenden die Wellenformungskreise 7, 8 Schmitt-Trigger-Inverter, und die Recheneinheit 15 verwendet einen Mikrocomputer, der die Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreise 11, 12 und die beiden Zweirichtungszähler 13, 14 enthält. Gegenüber dem ersten Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1 kann das zweite Ausführungsbei­ spiel den Vorteil einer kostengünstigen Herstellung bieten, da die Zahl der Bauteile geringer und die Schaltung einfacher ist.

Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebene Erfindung einen Mehrfachumdrehungs-Absolutmeßwertgeber hoher Präzision und hoher Auflösung bereitstellt, der die Erfassung eines Mehr­ fachumdrehungswerts mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht, ohne daß dadurch die Genauigkeit von Umdrehungserfassungs­ signalen beeinträchtigt wird, und der die Mehrfachumdrehungs­ erfassung in indirekte Beziehung zu der Genauigkeit eines Drehwinkelpositionssignals setzt.

Legende zu Fig. 1

 7 Wellenformungskreis
 8 Wellenformungskreis
 9 Inverter
10 Inverter
11 Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis
12 Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis
13 Zweirichtungszähler
14 Zweirichtungszähler
15 Recheneinheit
16 Mehrfachumdrehungserfassungs-Originalsignal
17 Mehrfachumdrehungserfassungs-Originalsignal
18 Drehwinkelpositionssignal

Legende zu Fig. 4

 1 Wert des Zweirichtungszählers 13
 2 Wert des Zweirichtungszählers 14
 3 Drehwinkel der Antriebswelle

Legende zu Fig. 5

 1 Absolutwert innerhalb einer Umdrehung
 2 Zone
 3 Zählwert C1 des Zweirichtungszählers 13
 4 Zählwert C2 des Zweirichtungszählers 14
 5 rechnerischer Ausdruck des Mehrfachumdrehungswerts

Legende zu Fig. 6

 7 Schmitt-Trigger-Inverter
 8 Schmitt-Trigger-Inverter
 9 Inverter
10 Inverter
11 Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis
12 Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis
13 Zweirichtungszähler
14 Zweirichtungszähler
15 Recheneinheit
16 Mehrfachumdrehungs-Erfassungssignal
17 Mehrfachumdrehungs-Erfassungssignal
18 Drehwinkelpositionssignal

Legende zu Fig. 7

 1 Außengehäuse
 2 Antriebswelle
 3 Mehrfachumdrehungsdetektor
 4 Absolutwertdetektor

Legende zu Fig. 8

 7 Wellenformungskreis
 8 Wellenformungskreis
11 Zweiphasenimpuls-Verarbeitungskreis
13 Zweirichtungszähler
19 Recheneinheit

Claims (14)

1. Mehrfachumdrehungs-Absolutmeßwertgeber, gekennzeichnet durch

• - einen Absolutwertdetektor (4), um eine Drehwinkelposi­ tion während einer Umdrehung einer Welle (2) zu erfas­ sen;
• - einen Mehrfachumdrehungsdetektor (3), um die Anzahl Um­ drehungen der Welle zu erfassen;
• - einen ersten Zweirichtungszähler (13), um über eine Zweiphasenimpuls-Verarbeitungseinrichtung (11) wenig­ stens zwei phasenverschobene Mehrfachumdrehungs-Erfas­ sungssignale zu empfangen, die von dem Mehrfachumdre­ hungsdetektor (3) ausgegeben werden;
• - einen zweiten Zweirichtungszähler (14), um über Inver­ ter (9, 10) und eine Zweiphasenimpuls-Verarbeitungsein­ richtung (12) die Mehrfachumdrehungs-Erfassungssignale zu empfangen; und
• - eine Recheneinheit (15), um die Drehwinkelposition der Welle durch den Empfang eines vom Absolutwertdetek­ tor (4) gelieferten Drehwinkelerfassungssignals zu bestimmen,
• - wobei die Recheneinheit (15) einen der beiden Zweirich­ tungszähler (13, 14) nach Maßgabe der Drehwinkelposi­ tion der Welle auswählt und den Zählwert des ausgewähl­ ten Zweirichtungszählers ausliest.

2. Absolutmeßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wellenformungskreis vorgesehen ist und einen Schmitt-Trigger-Inverter (7, 8) aufweist und daß die Zweiphasenimpuls-Verarbeitungseinrichtungen (11, 12) und die Zweirichtungszähler (13, 14) auf Prozessorbasis aus­ gelegt sind.

3. Mehrfachumdrehungs-Absolutmeßwertgeber zum Erfassen der Drehposition einer Welle, gekennzeichnet durch

• - einen Mehrfachumdrehungsdetektor (3) zum Erfassen einer Umdrehung der Welle und Erzeugen eines Erfassungs­ signals;
• - einen ersten Zähler (13), um auf der Basis der Erfas­ sungssignale wenigstens aufwärts- oder abwärtszuzählen;
• - einen zweiten Zähler (14), um auf der Basis der Erfas­ sungssignale wenigstens aufwärts- oder abwärtszuzählen; und
• - eine Recheneinheit (15), um nach Maßgabe der Drehwin­ kelposition der Welle den ersten oder den zweiten Zäh­ ler auszuwählen und den Zählwert des ausgewählten Zäh­ lers auszulesen.

4. Absolutmeßwertgeber nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

• - einen Absolutwertdetektor (4), um eine Drehwinkelposi­ tion während einer Umdrehung der Welle zu erfassen und ein Drehwinkelpositionssignal zu erzeugen;
• - wobei die Recheneinheit (15) den Mehrfachumdrehungswert des Eingangssignals auf der Basis des Drehwinkelposi­ tionssignals bestimmt.

5. Absolutmeßwertgeber nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung (11) zum Erzeugen eines ersten Signals auf der Basis der Erfassungssignale und
• - eine Einrichtung (12) zum Erzeugen eines zweiten Signals auf der Basis eines invertierten ersten Signals,
• - wobei das erste und das zweite Signal dem ersten bzw. dem zweiten Zähler (13 bzw. 14) zugeführt werden.

6. Verfahren zum Bestimmen einer Absolutwertposition eines Teils, das selektiv um eine Vielzahl von Umdrehungen und in entgegengesetzte Richtungen drehbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Einrichten einer Referenzposition für das Teil;
• - Erfassen einer Drehbewegung über die Referenzposition hinaus;
• - Erzeugen eines ersten und eines zweiten Erfassungs­ signals als Resultat des Erfassungsschritts;
• - gesondertes Zählen in wenigstens einer Aufwärts- oder einer Abwärtsrichtung auf der Basis des ersten und des zweiten Erfassungssignals; und
• - Bestimmen der Absolutwertposition auf der Basis des aus dem Zählschritt resultierenden Zählwerts.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Erfassen der Drehwinkelposition des Teils und Erzeugen einer Drehwinkelpositionsinformation; und
• - Verknüpfen der Drehwinkelpositioninformation mit dem Zählwert des ersten und des zweiten Erfassungssignals und Bestimmen einer Absolutwertposition des Teils auf dieser Basis.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählwert des ersten oder des zweiten Signals nicht zur Bestimmung der Drehposition genutzt wird, wenn sich das Teil in einer Position befindet, in der sich der Zählwert des ersten oder des zweiten Signals ändert.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zählwert des ersten und des zweiten Signals an jeweiligen Drehpositionen ändert, die um wenigstens 90° voneinander getrennt sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Mehrfachumdrehungs-Erfassungssigna­ len erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugungsschritt das Erzeugen von zwei phasen­ verschobenen Signalen als erstes Signal und Invertieren des ersten Signals, um das zweite Signal zu bilden, um­ faßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugungsschritt das Umwandeln des ersten und des zweiten Signals in wenigstens einen Aufwärts- oder Abwärtszählimpuls umfaßt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Teils in Zonen aufgeteilt wird und daß der Zählschritt das Zählen des ersten Signals, wenn sich das Teil in einer ersten Zone befindet, und Zählen des zweiten Signals beinhaltet, wenn sich das Teil in einer von der ersten Zone verschiedenen zweiten Zone befindet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Subtraktion von dem Zählwert bei der Bestimmung der Absolutwertposition, wenn sich das Teil in einer vorbe­ stimmten Zone befindet.