DE4324381A1 - Optical position transmitter - Google Patents

Optical position transmitter

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DE4324381A1
DE4324381A1 DE19934324381 DE4324381A DE4324381A1 DE 4324381 A1 DE4324381 A1 DE 4324381A1 DE 19934324381 DE19934324381 DE 19934324381 DE 4324381 A DE4324381 A DE 4324381A DE 4324381 A1 DE4324381 A1 DE 4324381A1
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DE19934324381
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Wolfgang Merker
Joachim Wieser
Klaus Moehr
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Jenoptik AG
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Jenoptik Jena GmbH
Jenoptik AG
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    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
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    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/14Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation using light without selection of wavelength, e.g. sensing reflected white light

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Abstract

The invention relates to an optical position transmitter for determining the length or angular position of a body using a bar code track (4), preferably for high reliability requirements. According to the invention, the objective of finding a possibility for the redundant determination of the length or angular position of a body, even in the case of statistically occurring errors in the code track sampling, is achieved in that a bar code track (4) having a unique assignment between code patterns (43) and location of the code carrier (3) has digitally different elements (42) which are in each case integer multiples of the modular width (M) of an elemental module (41), the scanning is carried out by means of a receiver line (5) which is arranged in the movement direction of the bar code track (4) and means are provided for displacing the code pattern (43) picked up relative to a suitably selected line grid (51), as well as means for comparing the registered code pattern (43), brought into correspondence with the line grid (51), with stored bit patterns (72), the addresses in the store (7) corresponding to the position addresses (71) to be output. The invention is preferably applied in motor vehicle technology, air and space travel and in the construction industry. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Positionsgeber zur Bestimmung der Längen- oder Winkellage eines Körpers anhand der Auswertung einer Strichcodespur. Der Positionsgeber ist aufgrund seiner hohen Auflösung und Redundanz insbesondere für Bereiche mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen (z. B. Kfz-Technik, Luft- und Raumfahrt, Bauindustrie etc.) geeignet.The invention relates to an optical position transmitter for determining the length or angular position of a body based on the evaluation of a bar code track. Of the Due to its high resolution and redundancy, position encoder is particularly suitable for Areas with high reliability requirements (e.g. automotive technology, air and Space travel, construction industry etc.).

Bei hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Positionsgebern werden über­ wiegend digitale Systeme eingesetzt. In bekannten digitalen Systemen führen Bit­ fehler häufig zu falschen Positionsangaben. Für die eindeutige Erkennung von 2n Positionen werden üblicherweise n Lichtschranken und n Codespuren benötigt. Die Lichtschranken, die im allgemeinen aus einer Lumineszenzdiode, einem Foto­ transistor und dazwischen liegenden Blenden bestehen, sind entweder in Reihe oder um eine oder mehrere Perioden des Codemusters in Bewegungsrichtung versetzt an­ geordnet. Häufig wird ein einschrittiger Code, z. B. der Gray-Code, beim Übergang von einer Position zur nächsten verwendet, wobei sich von einer Position zur benachbarten immer nur ein Bit ändern darf.When high demands are placed on the reliability of position sensors, digital systems are predominantly used. In known digital systems, bit errors often lead to incorrect position information. For the clear detection of 2 n positions, n light barriers and n code traces are usually required. The light barriers, which generally consist of a luminescence diode, a photo transistor and diaphragms in between, are arranged either in series or offset by one or more periods of the code pattern in the direction of movement. Often a one-step code, e.g. B. the Gray code, used in the transition from one position to the next, whereby only one bit may change from one position to the next.

Bei Verwendung einer Codescheibe mit n Spuren und n Schranken beträgt die Auf­ lösung 2 n. Die Auflösung wird dabei stets vom kleinsten Modul des Codemusters bestimmt, Zwischenpositionen können nicht erfaßt werden.When using a code disk with n tracks and n barriers, the resolution is 2 n . The resolution is always determined by the smallest module of the code pattern, intermediate positions cannot be detected.

Um die zuverlässige Positionserkennung auch bei Fehlern in der Codespur zu ge­ währleisten, ist in der DE-OS 40 24 983 eine Methode zur Erkennung von Fehlern offenbart. Diese benutzt eine Feinstrukturierung des Codeträgers in den Feldern (Modulen) geringer Transmission zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lichtschranken. Es könnte auch die Verschmutzung eines Moduls geringer Trans­ mission als Fehlerquelle erkannt werden. Eine (teilweise) Verschmutzung eines Moduls hoher Transmission führt jedoch mit großer Wahrscheinlichkeit zu keiner Fehlersignalausgabe, jedoch zur Bestimmung einer falschen Position.To ensure reliable position detection even in the event of errors in the code track ensure, is a method for detecting errors in DE-OS 40 24 983 disclosed. This uses a fine structuring of the code carrier in the fields (Modules) low transmission to monitor the functionality of the Light barriers. It could also contaminate a low trans module mission can be recognized as a source of error. A (partial) pollution of a However, the module of high transmission will most likely not lead to any Error signal output, however to determine an incorrect position.

In der DE-OS 38 33 115 ist eine Lösung angegeben, bei der Positionen durch lo­ gische Verknüpfungen von positiven und negativen Beugungsordnungen ermittelt werden. Dazu wird von einer Gitterspur mit einheitlicher Gitterkonstanten, aber unterschiedlichem Verhältnis von lichtsperrenden und -durchlässigen Abschnitten das Licht aus mehreren Beugungslichtstrahlen aufgenommen. Damit wird zwar der Aufwand an Codespuren und Lichtschranken verringert, jedoch können Fehler in den Codespuren nur bei Bewegung des Codeträgers und fehlerfreien Nachbar­ bereichen erfaßt werden.In DE-OS 38 33 115 a solution is given in the positions by lo links between positive and negative diffraction orders become. This is done by a lattice track with uniform lattice constants, however different ratio of light blocking and translucent sections the light is taken from multiple diffraction light beams. With that the Reduced effort on code tracks and light barriers, however errors can occur in the code traces only when the code carrier and error-free neighbor move areas to be covered.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Bestimmung der Längen- oder Winkellage eines Körpers anzugeben, die bei auftretenden Fehlern in der Codespurabtastung, bedingt durch Kontamination, Triggerpegelschwankungen, Intensitätsschwankungen der Lichtquelle oder elektrische Störimpulse, die richtige Position des Körpers zuverlässig ermittelt.The invention has for its object a way to determine the Specify the length or angular position of a body, which occurs in the event of errors the code track scanning due to contamination, trigger level fluctuations, Fluctuations in intensity of the light source or electrical interference pulses, the right one Body position reliably determined.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem optischen Positionsgeber mit einem Codeträger, dessen Lage zu erfassen ist, einer optischen Lesevorrichtung zum Aus­ lesen eines erfaßten Codeträgerabschnittes, die eine Lichtquelle, eine Einrichtung zum Führen eines von der Lichtquelle erzeugten Strahlenbündels und eine Detek­ tionseinheit enthält, wobei die Detektionseinheit Empfängersignale binarisiert aus­ gibt, dadurch gelöst, daß der Codeträger eine Strichcodespur aufweist, bei der Ele­ mente mit binär unterschiedlichem Reflexions- oder Transmissionsvermögen orts­ abhängige Codemuster darstellen, die eineindeutig einem Ort des Codeträgers zu­ geordnet sind, daß die Elemente der Strichcodespur jeweils ein ganzzahliges Viel­ faches der Modulbreite eines elementaren Moduls sind, daß die Detektionseinheit mindestens eine Empfängerzeile enthält, die in Bewegungsrichtung der Strichcode­ spur angeordnet ist, daß ein innerhalb des erfaßten Codeträgerabschnittes liegendes Codemuster derart auf die Empfängerzeile abgebildet wird, daß das Abbild jedes be­ sagten Moduls in seiner Modulbreite mehrere Empfängerelemente überdeckt und mindestens im Mittel eines durch die Empfängergeometrie vorgegebenen Zeilen­ raster übereinstimmt, daß Mittel zum Verschieben des Codemusters relativ zum Zeilenraster der Empfängerzeile vorhanden sind, wobei die Verschiebung derart er­ folgt, daß das Zeilenraster wenigstens im Mittel mit den Binärübergängen des Codemusters zur Deckung gebracht wird, und daß die Detektionseinheit Mittel zum Vergleichen der von der Empfängerzeile erfaßten, binarisierten Codemuster mit den für sämtliche mögliche Codeträgerpositionen gespeicherten Bitmustern aufweist, wobei die Grundlage des Vergleichs ein Codespurabschnitt ist, der größer ist als ein Fenster aus dem Produkt von Modulbreite und einer zur eindeutigen Ortsbe­ stimmung notwendigen Anzahl von Modulen bei vorgegebener Zahl der Abtast­ schritte des Positionsgebers.According to the invention, the object is achieved with an optical position transmitter Code carrier, the position of which is to be detected, an optical reading device for off read a detected code carrier section, which is a light source, a device for guiding a beam of rays generated by the light source and a detector tion unit contains, wherein the detection unit binarized receiver signals there, solved in that the code carrier has a bar code track in which Ele elements with binary different reflectivity or transmittance depict dependent code patterns that uniquely identify a location of the code carrier are arranged so that the elements of the bar code track are each an integral number times the module width of an elementary module are that the detection unit Contains at least one recipient line that is in the direction of movement of the bar code track is arranged that a lying within the detected code carrier section Code pattern is mapped onto the receiver line so that the image of each be said module covered several receiver elements in its module width and at least on the average of a line predetermined by the receiver geometry raster matches that means for shifting the code pattern relative to Row grids of the recipient line are present, the shift being such follows that the line grid at least on average with the binary transitions of the Code pattern is brought to congruence, and that the detection unit means for Compare the binarized code patterns captured by the receiver line with the has bit patterns stored for all possible code carrier positions, the basis of the comparison being a code track section larger than one Window of the product of module width and one for the unique location required number of modules for a given number of samples steps of the position encoder.

Eine vorteilhafte Gestaltung der Detektionseinheit baut darauf auf, daß die Code­ muster des erfaßten Codespurabschnittes so abgebildet werden, daß die Empfänger­ zeile in zahlenmäßig gleiche, überlappungsfrei angeordnete Empfängergruppen ein­ geteilt ist, die das Zeilenraster der Empfängerzeile darstellen und in ihrer Größe der Breite eines abgebildeten Moduls entsprechen, wobei der Durchschnitt der Bitzu­ stände innerhalb jeder Empfängergruppe den Ausschlag für die Bewertung des be­ troffenen Moduls des Codemusters gibt.An advantageous design of the detection unit is based on the fact that the code Patterns of the detected code track section are mapped so that the receiver line into recipient groups of the same number, arranged without overlap is divided, which represent the line grid of the recipient line and the size of the Correspond to the width of a module shown, with the average of the bit add  within each group of recipients would the decisive factor for the evaluation of the be affected module of the code pattern there.

Zweckmäßig beinhalten die Mittel zum Verschieben des Codemusters bezüglich des Zeilenrasters ein der Empfängerzeile und einer Binarisierungseinrichtung nachge­ ordnetes Schieberegister, wobei das binarisierte Codemuster dem Schieberegister zugeführt und in diesem gegenüber dem vorgegebenen, mit dem Zeilenraster korrespondierenden Datenabgriff um die durchschnittliche Differenz der Zustands­ übergänge des Codemusters bezüglich der Grenzen der Empfängergruppen, maximal um die Hälfte der abgebildeten Modulbreite, verschoben wird. Die Erfassung der Größe der durchgeführten Verschiebung erfolgt vorzugsweise durch einen Zähler, wobei dem Zählvorgang die Taktfrequenz der Empfängerzeile zugrunde gelegt wird. Eine weitere vorteilhafte Gestaltung der Mittel zum Verschieben - in diesem Fall des Zeilenrasters bezüglich des Codemusters - enthält einen Zähler zum Zählen der empfängertaktsynchronen Bitzustände bis zur ersten Änderung des Bitzustandes, dem ein Ablagespeicher zur Speicherung der Abweichung des Codemusters vom Zeilenraster folgt, wobei der Zähler mit der Änderung des Bitzustandes zurückge­ setzt wird und der Ablagespeicher über mindestens einen weiteren Zähler bei abwei­ chenden Ablagen nachfolgender Bitzustandsänderungen korrigierbar ist.The means expediently include shifting the code pattern with respect to the Line grid after the recipient line and a binarization facility ordered shift register, the binarized code pattern being the shift register fed and in this compared to the given, with the line grid corresponding data tap by the average difference of the state Transitions of the code pattern with regard to the boundaries of the recipient groups, maximum by half of the module width shown. The capture of the The size of the shift carried out is preferably carried out by a counter, whereby the counting process is based on the clock frequency of the receiver line. Another advantageous design of the means for moving - in this case the Line grid with respect to the code pattern - contains a counter for counting the bit-synchronous bit states up to the first change of the bit state, which a storage memory for storing the deviation of the code pattern from Line grid follows, whereby the counter goes back with the change of the bit state is set and the storage memory via at least one further counter at dev appropriate filing of subsequent bit state changes can be corrected.

Die Mittel zum Vergleichen sind zweckmäßig so ausgelegt, daß als Vergleichsbasis jeweils ein definiertes Fenster des ausgelesenen Codemusters mit einer Fensterbreite von F = k · P M verwendet wird, wobei M die elementare Modulbreite, P die Anzahl der zur eindeutigen Positionszuordnung erforderlichen Module je Abtastschritt und k eine Konstante sind, sowie Speichermittel und Komparatoren zum Vergleichen des Fensters mit allen gespeicherten Bitmustern, soweit a-priori-Informationen über die vorherige Position des Positionsgebers fehlen. Ist die Position aus den voran­ gegangenen Abtastschritten bekannt, werden nur Bitmuster im maximalen Schritt­ bereich des Positionsgebers zum Vergleich herangezogen. Es erweist sich als zweckmäßig, daß die Mittel zum Vergleichen eine vorgeschaltete erste Stufe enthal­ ten, die aus zwei gleichwertigen Teilen auf Basis der Auswertung zweier benach­ barter, gleichgroßer Teilfenster zusammengesetzt ist, wobei jedes Teilfenster eine Breite von P · M (mit der Modulbreite M und der Anzahl P der für die eineindeutige Positionszuordnung erforderlichen Module je Abtastschritt) aufweist und einzeln Gegenstand des Vergleichs mit den gespeicherten Bitmustern ist. Diese erste Stufe des Vergleichens wird je nach dem Ergebnis des Vergleichs unterschiedlich ver­ knüpft. Bei Fehlerfreiheit, d. h. bei einer im Abstand der Teilfenster (P · M) benach­ barten Position der ausgewerteten Codemuster beider Teilfenster, werden Mittel zur Ausgabe der auf eine gemeinsame Bezugskante (z. B. die Mitte des gesamten Fensters) bezogene Position aktiviert, und bei Fehlerhaftigkeit, d. h. nicht korrespon­ dierender Positionsbestimmung in den Teilfenstern, besteht eine Umschaltmöglich­ keit zum Vergleich der erweiterten Fensterbreite F = k P M mit k < 2. Jede Erhö­ hung von k bedeutet jeweils eine weitere Vergleichsstufe mit größerem Fenster und eine höhere Redundanz. Man kann eine erhöhte Redundanz aber auch bei gering­ fügig kleinerem Fenster mit k≲2 (z. B. k = 1,8 bei P = 10) erreichen. Die Größe der Teilfenster betrüge dann 9 M, ihr Einzelvergleich mit den gespeicherten Bitmustern würde jedoch wegen der Unterschreitung der minimalen Fensterbreite (10 M) sehr hohe Ansprüche an die generierte Strichcodespur stellen, so daß nur der Vergleich des Gesamtfensters sinnvoll ist. Die effiziente Größe von k hängt in entscheidendem Maße von der Anzahl der Abtastschritte des Positionsgebers und der maximal zu­ lässigen Fehlerzahl im Fenster, bei der die Position noch sicher erkannt wird, ab. Beide Faktoren bestimmen auch die speziell zu generierenden Strichcodespur, die wiederum die minimale Fensterbreite vorschreibt, mit der bei fehlerfreier Abtastung der Ort des Positionsgebers eindeutig bestimmbar ist.The means for comparison are expediently designed so that as a basis for comparison each a defined window of the read code pattern with a window width of F = k · P M is used, where M is the elementary module width, P is the number the modules required for the unique position assignment per scanning step and k are a constant, and memory means and comparators for comparing the Window with all stored bit patterns, as far as a priori information about the previous position of the position encoder is missing. The position is from the previous known scanning steps, only bit patterns in the maximum step are known area of the position encoder used for comparison. It turns out to be expedient that the means for comparison contain an upstream first stage ten, which consist of two equivalent parts based on the evaluation of two neighboring barter, sub-window of equal size is composed, with each sub-window one Width of P · M (with the module width M and the number P for the unique Position assignment required modules per scanning step) and individually The object of the comparison with the stored bit patterns is. This first stage the comparison is different depending on the result of the comparison ties. If there are no errors, d. H. with a spaced apart of the sub-windows (PM) bartender position of the evaluated code pattern of both subwindows, become means for Output the on a common reference edge (e.g. the center of the entire  Window) related position activated, and in the event of a fault, i. H. not correspon position determination in the sub-windows, there is a switchover option speed to compare the extended window width F = k P M with k <2. Every increase hung of k means a further comparison level with a larger window and higher redundancy. You can increase redundancy but also with low reach a much smaller window with k≲2 (e.g. k = 1.8 at P = 10). The size of the Sub window would then be 9 M, their individual comparison with the stored bit patterns would, however, because of the shortfall of the minimum window width (10 M) very much place high demands on the generated bar code track, so that only the comparison of the entire window makes sense. The efficient size of k depends crucially Dimensions of the number of scanning steps of the position encoder and the maximum allowable number of errors in the window where the position is still reliably recognized. Both factors also determine the barcode track to be generated specifically again prescribes the minimum window width with which the error-free scanning the location of the position transmitter can be clearly determined.

Für die Organisation der Speicher zum Vergleich der Codemuster mit den gespei­ cherten Bitmustern ergeben sich zwei vorteilhafte Varianten. Einerseits ist es zweckmäßig, für jeden möglichen Abtastschritt in der Schrittweite von einem Modul das gesamte im jeweiligen Teilfenster ablesbare Codemuster als Bitmuster auf der entsprechenden Positionsadresse zu speichern. Andererseits erweist es sich bei zu­ nehmender Anzahl der Abtastschritte als sinnvoll, daß für jeden möglichen Abtastschritt nur der Wert des ersten Moduls des ausgelesenen Teilfensters auf der jeweiligen Positionsadresse abgelegt ist und für den Fenstervergleich die folgenden P Adressen mit deren Einzelwert gleichzeitig abfragbar sind.For organizing the memory to compare the code pattern with the saved chured bit patterns there are two advantageous variants. On the one hand it is expedient, for each possible scanning step in the step size of one module the entire code pattern readable in the respective partial window as a bit pattern on the save the corresponding position address. On the other hand, it turns out to be too increasing number of sampling steps makes sense that for every possible Sampling step only the value of the first module of the partial window read on the respective position address is stored and for the window comparison the following P Addresses with their individual values can be queried at the same time.

Die Grundidee der Erfindung basiert auf der Überlegung, daß bei Vorliegen einer eineindeutigen Ortszuordnung der Codemuster einer Strichcodespur die Auflösung und der Verfahrbereich eines Positionsgebers über die Größe des Abtastfensters be­ liebig gesteigert werden kann, solange es gelingt, die Strichcodespur bei Abtast­ schritten in der Größe eines Moduls für die entsprechende Fenstergröße ohne Wie­ derholung von Codemustern zu gestalten. Eine steigende Anzahl von Abtastschritten (Positionen) wird dabei zunehmend die binären kombinatorischen Möglichkeiten be­ schränken. Für die Fenstergröße sind jedoch weiterhin die theoretisch möglichen 2P Kombinationen als Codemuster maßgebend. Aus dem Exponenten P und der ele­ mentaren Modulbreite der Strichcodespur ergibt sich die minimale Fenstergröße, die ein signifikantes Codemuster ausmacht. Der erfindungsgemäße Einsatz einer Empfängerzeile ermöglicht sowohl die hochgenaue Aufnahme des Codemusters als auch die Erweiterung der Fenstergröße auf ein Mehrfaches der minimalen Fenster­ größe, wodurch jeweils Abtastfelder unterdrückt werden und die Redundanz der Positionsauswertung zunimmt.The basic idea of the invention is based on the consideration that, if there is a clear location assignment of the code pattern of a bar code track, the resolution and the travel range of a position encoder can be increased arbitrarily over the size of the scanning window, as long as the bar code track is successful with scanning steps the size of a Modules for the corresponding window size without repeating code patterns. An increasing number of sampling steps (positions) will increasingly limit the binary combinatorial possibilities. For the window size, however, the theoretically possible 2 P combinations are still decisive as a code pattern. The exponent P and the elementary module width of the bar code track result in the minimum window size, which makes up a significant code pattern. The use of a receiver line according to the invention enables both the high-precision recording of the code pattern and the expansion of the window size to a multiple of the minimum window size, whereby scanning fields are suppressed and the redundancy of the position evaluation increases.

Mit dem erfindungsgemäßen Positionsgeber ist es möglich, eine zuverlässige Positionsbestimmung anhand nur einer Strichcodespur zu erreichen, wobei auf­ tretende Abtastfelder - hervorgerufen durch Kontamination der Strichcodespur, Triggerpegelschwankungen der Detektionseinheit, Intensitätsschwankungen der Lichtquelle, elektrische Störimpulse etc. - die Positionsauswertung kaum beein­ flussen. Insbesondere bei einer Kontamination der Strichcodespur - als häufigste Fehlerquelle - kann bei Bedarf die Fehlerfeststellung durch die Auswertung von Teilfenstern zur Ausgabe einer entsprechenden Fehlermeldung genutzt werden.With the position encoder according to the invention it is possible to have a reliable To achieve position determination using only one bar code track, being on stepping scanning fields - caused by contamination of the bar code track, Trigger level fluctuations in the detection unit, intensity fluctuations in the Light source, electrical interference pulses etc. - hardly affect the position evaluation rivers. Especially when the barcode track is contaminated - the most common Error source - can, if necessary, identify the error by evaluating Sub-windows can be used to issue a corresponding error message.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with the aid of exemplary embodiments. The Drawings show:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zur geeigneten Aufnahme einer Strichcodespur, Fig. 1 is a schematic representation of the arrangement of the invention for suitable receiving a bar code track,

Fig. 2 eine faseroptische Ausgestaltung des Positionsgebers, Fig. 2, a fiber optic embodiment of the position transmitter,

Fig. 3 die Gestaltungsmerkmale des Strichcodes und die Wahl der Größe der Fenster, Fig. 3 shows the design characteristics of the bar code and the selection of the size of the windows,

Fig 4 eine von der Empfängerzeile gelieferte Abtastung eines Strichcodeab­ schnittes mit den Folgeschritten Digitalisierung und elektronische Verschie­ bung des Zeilenrasters, 4 shows a scan of a bar code section provided by the receiver line with the following steps: digitization and electronic displacement of the line grid,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Detektionseinheit zur Realisierung von Rasterverschiebung und Vergleich, Fig. 5 shows a variant embodiment of the detecting unit for the realization of frameshift and comparison,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung des Fenstervergleichs zur Positionsermittlung bei Vorliegen eines Fehlers. Fig. 6 is a schematic representation of the window comparison for determining the position in the presence of an error.

Der erfindungsgemäße Positionsgeber besteht in seinem Grundaufbau aus einer Lichtquelle, einer Einrichtung zum Führen des Beleuchtungsstrahles 2, einer Detek­ tionseinheit mit Empfängerzeile 5, sowie einem Codeträger 3, dessen Position zu erfassen ist. Während die bestimmenden Elemente, wie Codeträger 3 und Detektionseinheit relativ unveränderlich sind, sind die Art der Führung des Beleuch­ tungsstrahles und der Lichtquelle weitgehend variabel und vornehmlich durch den Verwendungszweck des Positionsgebers geprägt.The position transmitter according to the invention consists in its basic structure of a light source, a device for guiding the illumination beam 2 , a detection unit with a receiver line 5 , and a code carrier 3 , the position of which is to be detected. While the determining elements, such as code carrier 3 and detection unit are relatively unchangeable, the type of guidance of the lighting beam and the light source are largely variable and are primarily characterized by the intended use of the position transmitter.

Einen Positionsgeber für große Maßstabslängen (< 1 Meter) zeigt Fig. 1 in bezug auf die Einrichtung zum Führen des Beleuchtungsstrahles 2, die in diesem Fall aus einem Kollektor 21 vor und einer Abbildungsoptik 22 hinter dem Codeträger 3 zur Abbildung der Codeträgerinformation auf eine Empfängerzeile 5 besteht. Mittels einer der Abbildungsoptik 22 zugeordneten Öffnungsblende 23 werden Abbildungs­ fehler reduziert.A position sensor for large scale lengths (<1 m) shown in FIG. 1 in relation to the means for guiding the illumination beam 2, the front in this case of a collector 21 and an imaging optical system 22 after the code carrier 3 for imaging the code carrier information to a receiver line 5 consists. Mapping errors are reduced by means of an aperture diaphragm 23 assigned to the imaging optics 22 .

Eine andersartige Lösung für die Führung des Beleuchtungsstrahles 2 und Auslesung des Codeträgers 3 zeigt Fig. 2. Diese Variante eignet sich insbesondere für hohe Anforderungen an Genauigkeit, Redundanz und Unanfälligkeit gegen verschiedenste Störungen, wie sie beispielsweise in Luft- und Raumfahrt gestellt werden. Hier er­ folgt die Führung des Lichtes der LED 1 in einer optischen Faser 24 zu einem als Abtaster ausgelegten Glasblockgitter 25, das in Reflexion den Codeträger 3 ausliest und dazu ein Gitter 27 auf einer gewölbten Oberfläche enthält. Das Licht wird vom Gitter 27 spektral zerlegt, am Codeträger 3 reflektiert und danach vom Gitter 27 zu­ sammengesetzt, um mittels einer weiteren Faser 24 auf ein identisch aufgebautes Glasblockgitter 26 geleitet zu werden. Das Gitter 27 dieses Glasblockgitters 26 zer­ legt das ankommende Licht erneut und projiziert somit ein Abbild der Codeträgerin­ formation auf die Empfängerzeile 5.A different type of solution for guiding the illumination beam 2 and reading out the code carrier 3 is shown in FIG. 2. This variant is particularly suitable for high requirements in terms of accuracy, redundancy and insensitivity to a wide variety of disturbances, such as those which are used in aerospace, for example. Here he follows the guidance of the light of the LED 1 in an optical fiber 24 to a glass block grid 25 designed as a scanner, which reads the code carrier 3 in reflection and additionally contains a grid 27 on a curved surface. The light is spectrally dispersed by the grating 27, reflected at the code carrier 3 and thereafter sammengesetzt from the grating 27 to be directed to an identically constructed glass block grid 26 by means of a further fiber 24th The grid 27 of this glass block grid 26 zer sets the incoming light again and thus projects an image of the code carrier information onto the receiver line 5 .

Für den Codeträger 3, der im Beispiel vorzugsweise stets linear angeordnet und translatorisch beweglich dargestellt ist, sind jedoch auch gekrümmte Strichcode­ spuren 4 auf kreisförmigen Codeträgern 3 geeignet. Die Empfängerzeile 5 ist dann tangential zur Bewegungsrichtung anzubringen.For the code carrier 3 , which in the example is preferably always arranged linearly and is shown to be translationally movable, curved bar code tracks 4 on circular code carriers 3 are also suitable. The receiver line 5 is then to be attached tangentially to the direction of movement.

Die erfindungsgemäße Auswertung der mittels der Empfängerzeile 5 aufgenomme­ nen Abbilder der Codeträgerinformation soll im folgenden anhand von Fig. 3, 4 und 5 erläutert werden. Fig. 3 zeigt dazu die auf dem Codeträger 3 befindliche Strich­ codespur 4, die aus Elementen 42 mit binär unterschiedlichem Transmissions- bzw. Reflexionsvermögen besteht. Die Elemente 42 basieren auf einem elementaren Modul 41, d. h. jedes Element 42 der Strichcodespur 4 ist ein ganzzahliges Viel­ faches der Modulbreite M. Die Besonderheit der Strichcodespur 4 besteht erfin­ dungsgemäß in ihrer eineindeutigen Zuordnung von Codemuster 43 und Ort auf dem Codeträger 3, d. h. das im Abstand von einem Modul 41(= minimale Schrittweite bzw. maximale Positioniergenauigkeit) fortgesetzte Codemuster 43 unterscheidet sich von allen anderen Codemustern 43 um mindestens ein Bit. Um diesen Sach­ verhalt realisieren zu können, ist es notwendig, den Zusammenhang zwischen Maß­ stabslänge (maximaler Abtastweg des Positionsgebers) und gewünschter Positio­ niergenauigkeit (Auflösung) einerseits sowie der minimalen Größe des Abtast­ fensters andererseits herzustellen. Um beispielsweise bei einer Maßstabslänge von einem Meter eine gewünschte Auflösung des Positionsgebers von 1 mm zu er­ reichen, sind mindestens 2¹⁰ verschiedene Kombinationen von Modulen 41 mit der Bitbelegung L oder 0 notwendig. Diese Voraussetzung erfordert die Festlegung der minimalen Größe eines Abtastfensters, in die der Exponent zur Basis 2 und die Modulbreite M eines Moduls 41 eingehen, um einen Ort auf dem Codeträger 3 an­ hand des betrachteten Codemusters 43 eindeutig zu erkennen.The evaluation according to the invention of the images of the code carrier information recorded by means of the receiver line 5 will be explained below with reference to FIGS . 3, 4 and 5. Fig. 3 shows the bar on the code carrier 3 bar code track 4 , which consists of elements 42 with binary different transmission or reflectivity. The elements 42 are based on an elementary module 41 , ie each element 42 of the bar code track 4 is an integer multiple times the module width M. The special feature of the bar code track 4 is, according to the invention, its unique assignment of code pattern 43 and location on the code carrier 3 , ie that at a distance from a module 41 (= minimum pitch and maximum positioning accuracy) continued code pattern 43 is different from all other code patterns 43 by at least one bit. In order to be able to realize this fact, it is necessary to establish the relationship between the scale length (maximum scanning path of the position encoder) and the desired positioning accuracy (resolution) on the one hand and the minimum size of the scanning window on the other. In order to achieve a desired resolution of the position encoder of 1 mm, for example at a scale length of one meter, at least 2¹⁰ different combinations of modules 41 with the bit assignment L or 0 are necessary. This requirement requires the definition of the minimum size of a scanning window, into which the exponent to the base 2 and the module width M of a module 41 are included , in order to clearly identify a location on the code carrier 3 on the basis of the code pattern 43 considered.

Diese minimale Fenstergröße geht in den erfindungsgemäßen Positionsgeber vor­ zugsweise über die Definition von Teilfenstern 61 bzw. 62 ein, die jeweils die Teil­ fensterbreite F₁ = F₂ = P · M aufweisen. Zur Erkennung und Bereinigung von Bit­ fehlern bei der Auslesung der Codemuster 43 entlang der Codespur 4 werden min­ destens zwei Teilfenster 61 und 62 dem Vergleich mit im Speicher 7 gespeicherten Bitmustern 72 zugrunde gelegt. Dadurch kann zuverlässig ein im gesamten Fenster 6 enthaltener Fehler bemerkt und korrigiert werden, wenn die Fensterbreite F = F₁ + F₂ = k · P M mit k = 2 ist. Für jede (rationale) Konstante k < 2 kann die zulässige Fehlerzahl im Fenster größer sein. Für k ist aus Gründen der einfachen Strichcodeerzeugung und der genauen optischen Abbildung der Bereich 2 k 4 sinnvoll. Es ist aber für kurze Maßstäbe mit geringen Auflösungs- und nicht allzu hohen Redudanzanforderungen möglich, k auch geringfügig kleiner als zwei zu wählen, beispielsweise k = 1,8. Dabei ist die erste Vergleichsstufe mit den zwei Teilfenstern 61, 62 nahezu wirkungslos, da die minimale Fensterbreite F = P M unterschritten wird. Der Gesamtvergleich des Fensters 6 erweist sich jedoch ggf. als ausreichend redundant. Diese Aussage ist bei geeigneter Gestaltung der Strichcodespur 4 (z. B. jedes Codemuster 43 unterscheidet sich um mehr als ein Bit von jedem anderen) sogar soweit erweiterbar, daß genügende Redundanz auch bereits bei Überschreitung der minimalen Fensterbreite F = P M um mehr als eine Modulbreite M erreicht wird. Für die gängigen Anwendungen, die eine hohe Redundanz erfordern, wird die Konstante k bei k 2 richtig anzusetzen sein.This minimum window size goes into the position sensor according to the invention preferably via the definition of partial windows 61 and 62 , each of which has the partial window width F₁ = F₂ = P · M. To identify and correct bit errors when reading the code pattern 43 along the code track 4 , at least two sub-windows 61 and 62 are used as a basis for the comparison with bit patterns 72 stored in the memory 7 . As a result, an error contained in the entire window 6 can be reliably noticed and corrected if the window width F = F 1 + F 2 = k · PM with k = 2. For each (rational) constant k <2, the permissible number of errors in the window can be larger. The area 2 k 4 makes sense for k for reasons of simple bar code generation and precise optical imaging. However, for short scales with low resolution and not too high redundancy requirements, it is also possible to choose k to be slightly smaller than two, for example k = 1.8. The first comparison stage with the two partial windows 61 , 62 is almost ineffective since the minimum window width F = PM is undershot. However, the overall comparison of window 6 may prove to be sufficiently redundant. With a suitable design of the bar code track 4 (e.g. each code pattern 43 differs by more than one bit from each other), this statement can even be expanded to such an extent that sufficient redundancy even by exceeding the minimum window width F = PM by more than one module width M is reached. For the common applications that require a high level of redundancy, the constant k at k 2 must be set correctly.

Eine weitere Maßnahme, um den Einfluß von Bitfehlern bei der Abtastung einzu­ schränken, ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die erfindungsgemäßen dinglichen Voraussetzungen liegen in der Wahl der Abbildungsbedingungen der Strichcodespur 4 auf die Empfängerzeile 5. Dabei wird jeder erfaßte Codespurabschnitt so abge­ bildet, daß das Abbild eines elementaren Moduls 41 mit der Modulbreite M mehrere Empfängerelemente überdeckt und mindestens im Mittel mit einem durch die Empfängergeometrie vorgegebenen Zeilenraster 51 übereinstimmt. Das Zeilenraster 51 wird zweckmäßig durch die Einteilung der Empfängerzeile 5 in Empfänger­ gruppen 52 angepaßt, wobei die Empfängergruppen 52 die gleiche Anzahl von Empfängerelementen aufweisen und überlappungsfrei angeordnet sind. Das so ent­ standene Zeilenraster 51, gebildet durch die Grenzen der Empfängergruppen 52, ist in Fig. 4 dem binarisierten Signalverlauf aus der Empfängerzeile 5 unterlegt. Die Empfängergruppen 52 beinhalten in diesem Beispiel zehn Empfängerelemente.Another measure to restrict the influence of bit errors during the scanning is shown schematically in FIG. 4. The real requirements according to the invention lie in the choice of the mapping conditions of the bar code track 4 on the receiver line 5 . Each detected code track section is so formed that the image of an elementary module 41 with the module width M covers several receiver elements and at least on average corresponds to a line grid 51 specified by the receiver geometry. The raster lines 51 is suitably by the classification of the receiver line receiver 5 in groups adapted 52, wherein the receiver groups 52 have the same number of receiver elements and are arranged without overlapping. The line grid 51 thus formed, formed by the boundaries of the receiver groups 52 , is underlaid in FIG. 4 with the binarized signal curve from the receiver line 5 . The receiver groups 52 contain ten receiver elements in this example.

Fig. 4 zeigt im oberen Teil einen typischen Signalverlauf bei einer Auslesung der Empfängerzeile 5. Die Einführung einer Schwelle 53 bei der Binarisierung der Signalfolge in der Binarisierungseinrichtung 54 z. B. mittels eines Komparators mit der festen Schwelle 53, unterdrückt die Einflüsse von Inhomogenitäten der Empfind­ lichkeit der Empfängerelemente und des Transmissions-/Reflexionsvermögens der Elemente 42 der Codespur 4. Im Ergebnis der Schwellbewertung steht die zweite Signalfolge von Fig. 4 als binäres Codemuster 43 zur Verfügung, wobei zu erkennen ist, daß das Codemuster 43 sich nicht mit dem aus rein geometrischen Gesichts­ punkten der Empfängerzeile 5 festgelegten Zeilenraster 51 deckt. Zur Behebung die­ ses Mangels erfolgt, wie Fig. 5 zu entnehmen ist, eine elektronische Verschiebung der Signalfolge mittels eines Schieberegisters 55 solange, bis die größte durch­ schnittliche Übereinstimmung mit dem Zeilenraster 51 besteht und in den Zwischen­ speicher 58 übernommen wird, wobei der Zähler 56 jeweils die Lagen der 0/L-Über­ gänge in den Empfängergruppen 52 ermittelt, die (gemittelt) die Größe der Ver­ schiebung angeben. Fig. 4 shows in the upper part of a typical waveform at a readout of the receiver line 5. The introduction of a threshold 53 in the binarization of the signal sequence in the binarization device 54 z. B. by means of a comparator with the fixed threshold 53 , suppresses the influences of inhomogeneities, the sensitivity of the receiver elements and the transmission / reflectivity of the elements 42 of the code track 4th As a result of the threshold evaluation, the second signal sequence from FIG. 4 is available as a binary code pattern 43 , it being evident that the code pattern 43 does not coincide with the line grid 51 defined from purely geometrical points of view of the receiver line 5 . To remedy this deficiency, as can be seen in FIG. 5, an electronic shift of the signal sequence takes place by means of a shift register 55 until the greatest average correspondence with the line grid 51 exists and is transferred to the buffer store 58 , the counter 56 each determined the positions of the 0 / L transitions in the receiver groups 52 , which (averaged) indicate the size of the shift.

Verschiebt man das Zeilenraster 51 gegenüber dem Codemuster 43 kann das Schieberegister 55 entfallen, da der Zähler 56 explizit die Empfängerzeilentakte bis zum ersten 0/L- oder L/0-Übergang des Codemusters 43 zählt, in einem Ablage­ speicher speichert und dann zurückgesetzt wird (damit er wieder die Module aus­ zählt). Der Ablagespeicher ist dabei durch einen weiteren Zähler, der die späteren Bitübergänge auszählt (bezüglich des Zeilenrasters 51), korrigierbar.If the line grid 51 is shifted relative to the code pattern 43 , the shift register 55 can be omitted, since the counter 56 explicitly counts the receiver line clocks until the first 0 / L or L / 0 transition of the code pattern 43 , stores it in a storage memory and then resets it ( so that he counts the modules again). The storage memory can be corrected by a further counter, which counts the later bit transitions (with respect to the line grid 51 ).

Die Verschiebung im Schieberegister 55 erfolgt stets um maximal ± ½ Modulbreite M. Mit dieser Verschiebung, die zwingend erforderlich ist, um Bitfehler in den Empfängergruppen 52 bei der Bestimmung des Bitzustandes der Module 41 der Strichcodespur 4 zu vermeiden, können gemäß Fig. 5 sowohl die Module 41 und Elemente 42 exakt ausgezählt als auch Zwischenpositionen (< M) mittels Zähler 56 genau interpoliert werden. Der Zähler 57 nimmt danach die Anzahl der Bitzustände (L oder 0) auf und ordnet den zum Zeilenraster 51 konform liegenden Empfänger­ gruppen 52 den jeweils überwiegenden Bitzustand zu. Der Inhalt des Zwischen­ speichers 58, der in Fig. 4 durch die dritte (unterste) Signalfolge dargestellt ist, wird anschließend in Form des bereits oben erwähnten Fensters 6 mit den Bitmustern 72 aus dem Speicher 7 in einem Komparator 8 verglichen. Bei entsprechender Über­ einstimmung, die weiter unten noch erläutert wird, gibt eine Positionsausgabeeinheit 9 die ermittelte Position an.The shift in the shift register 55 always takes place by a maximum of ± ½ module width M. With this shift, which is absolutely necessary in order to avoid bit errors in the receiver groups 52 when determining the bit state of the modules 41 of the bar code track 4 , according to FIG Modules 41 and elements 42 are counted exactly and intermediate positions (<M) can be precisely interpolated using counter 56 . The counter 57 then takes up the number of bit states (L or 0) and assigns the receiver groups 52 which conform to the line grid 51 to the predominant bit state in each case. The content of the intermediate memory 58 , which is represented in FIG. 4 by the third (lowest) signal sequence, is then compared in the form of the window 6 mentioned above with the bit patterns 72 from the memory 7 in a comparator 8 . With a corresponding agreement, which will be explained further below, a position output unit 9 specifies the determined position.

In Fig. 6 wird nochmals die Funktionsweise des Fenstervergleichs näher beleuchtet. Um den Vergleichsaufwand zu minimieren, der sinnvollerweise auf dem Vergleich des minimal notwendigen Fensters (Teilfenster 61, 62) basiert, werden in einer ersten Vergleichsstufe zunächst die Teilfenster 61 und 62 getrennt mit den gespei­ cherten Bitmustern 72 verglichen und bei "Übereinstimmung" (d. h. bei einem Ver­ satz der Positionsadressen 71 um die Anzahl P [in Fig. 6: P = 6]) der Vergleichs­ vorgang abgebrochen.The operation of the window comparison is again examined in more detail in FIG. 6. In order to minimize the comparison effort, which is usefully based on the comparison of the minimally necessary window (sub-window 61 , 62 ), in a first comparison stage the sub-windows 61 and 62 are first compared separately with the stored bit patterns 72 and if they match, ie an offset of the position addresses 71 by the number P [in FIG. 6: P = 6]) the comparison process is terminated.

Fig. 6 zeigt jedoch den Negativfall, wenn die Positionsadressen 71 nicht "benachbart" (um P = 6) sind. However, FIG. 6 shows the negative case when the position addresses 71 are not "adjacent" (around P = 6).

In diesem Fall ergeben sich zwei Positionsadressen 71 aus dem Speicher 7, die nicht, wie oben angegeben, zueinander "benachbart" sind, sondern die Positionsadressen m und n (n ≠ m + P) aufweisen. Somit wird ein Fehler bemerkt, der eine zweite Ver­ gleichsstufe initiiert, bei der das gesamte Fenster 6 der Fensterbreite F = F₁ + F₂ = 2 P M (hier: F = 12 M mit k = 2 und P = 6) mit jeweils zwei aufeinanderfolgenden Bitmustern 72 gleicher Größe verglichen wird. Dabei finden sich im Speicher 7 an den zuvor schon ermittelten Positionsadressen m und n in der Regel an einer der Positionen weniger Übereinstimmungen zwischen den Codemustern 43 des Fensters 6 und den gespeicherten Bitmustern 72 als an der anderen Position, so daß die Bitmuster 72 mit der größeren Übereinstimmung die richtige Position des Positionsgebers ergeben. Sollte - was ein seltener Fall ist - dem fehlerfreien Teilfenster 62 als Anschlußbitmuster aus der Zuordnung des fehlerhaften Teilfensters 61 ein Bitmuster 72 auf der Positionsadresse n + 6 zugeordnet werden, das sich um nur ein einziges Bit vom Bitmuster 72 auf der Positionsadresse m + 6 unterscheidet, so muß - weil beide Positionsadressen n und m sich von dem in der Fensterbreite F = 2 P M enthaltenen Codemuster 43 ebenfalls um ein Bit unterscheiden - die Fensterbreite F erweitert werden und ein dritter Vergleichsprozeß einsetzen oder die Position mit Hilfe von a-priori-Informationen aus der letzten Positionsbestimmung und der Kenntnis der maximalen Verfahrgeschwindigkeit des Positionsgebers seit der letzten Positionsbestimmung ermittelt werden.In this case, two position addresses 71 result from the memory 7 , which are not “adjacent” to one another, as stated above, but rather have the position addresses m and n (n ≠ m + P). Thus, an error is noticed, which initiates a second comparison stage, in which the entire window 6 of the window width F = F 1 + F 2 = 2 PM (here: F = 12 M with k = 2 and P = 6), each with two successive bit patterns 72 of the same size is compared. There are fewer matches between the code patterns 43 of the window 6 and the stored bit patterns 72 in the memory 7 at the previously determined position addresses m and n, as a rule, at one of the positions than at the other position, so that the bit pattern 72 with the larger one Match the correct position of the position encoder. Should - which is a rare case - the error-free sub-window 62 be assigned a bit pattern 72 on the position address n + 6 as connection bit pattern from the assignment of the defective sub-window 61 , which differs by only one bit from the bit pattern 72 on the position address m + 6 , so - because both position addresses n and m differ from the code pattern 43 contained in the window width F = 2 PM also by one bit - the window width F has to be expanded and a third comparison process has to be started or the position with the aid of a priori information from the last position determination and knowledge of the maximum travel speed of the position transmitter since the last position determination.

Eine erweiterte Fensterbreite F = k P M mit k < 2 ist dann unumgänglich, wenn die mögliche Fehlerdichte bei der Abtastung der Strichcodespur 4 größer als ein Fehler in der Fensterbreite F = 2P M ist. Das mit dem Codemuster 43 die größte Überein­ stimmung aufweisende Bitmuster 72 gibt dabei wiederum die richtige Positions­ adresse 71 wieder. Auch hier gilt der Grundsatz, daß ein Vergleich mit allen gespei­ cherten Bitmustern 72 nur dann notwendig ist, wenn Informationen über die letzte Position und die Verfahrgeschwindigkeit des Positionsgebers nicht vorliegen.An extended window width F = k PM with k <2 is unavoidable if the possible error density when scanning the bar code track 4 is greater than an error in the window width F = 2P M. The largest match with the code pattern 43 having bit pattern 72 in turn represents the correct position address 71 again. The principle also applies here that a comparison with all stored bit patterns 72 is only necessary if information about the last position and the travel speed of the position transmitter is not available.

BezugszeichenlisteReference list

1 LED
2 Einrichtung zum Führen des Beleuchtungsstrahles
21 Kollektor
22 Abbildungsoptik
23 Öffnungsblende
24 Faser
25 Glasblockgitter
26 Glasblockgitter
26 Glasblockgitter
27 Gitter
3 Codeträger
41 Modul
42 Elemente
43 Codemuster
5 Empfängerzeile
51 Zeilenraster
52 Empfängergruppen
53 Schwelle
54 Binarisierungseinrichtung
55 Schieberegister
56 Zähler
57 Zähler
58 Zwischenspeicher
6 Fenster
61 Teilfenster
62 Teilfenster
7 Speichermittel
71 Positionsadressen
72 gespeichertes Bitmuster
8 Komparator
9 Positionsausgabeeinheit
F Fensterbreite
F₁ Teilfensterbreite
F₂ Teilfensterbreite
k Konstante
M Modulbreite
P Anzahl (von Modulen, die zur eindeutigen Ortsbestimmung notwendig sind)
1 LED
2 device for guiding the illumination beam
21 collector
22 imaging optics
23 aperture
24 fiber
25 glass block grids
26 glass block grids
26 glass block grids
27 grids
3 code carriers
41 module
42 elements
43 code pattern
5 recipient line
51 line grid
52 recipient groups
53 threshold
54 binarization facility
55 shift registers
56 counters
57 counters
58 buffers
6 windows
61 panes
62 panes
7 storage means
71 position addresses
72 stored bit patterns
8 comparator
9 position output unit
F window width
F₁ partial window width
F₂ partial window width
k constant
M module width
P number (of modules that are necessary for unambiguous location determination)

Claims (11)

1. Optischer Positionsgeber mit einem Codeträger, dessen Lage zu erfassen ist, einer optischen Lesevorrichtung zum Auslesen eines erfaßten Codeträger­ abschnittes, die eine Lichtquelle, eine Einrichtung zum Führen eines von der Lichtquelle erzeugten Strahlenbündels und eine Detektionseinheit enthält, wobei die Detektionseinheit Empfängersignale binarisiert ausgibt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • a) der Codeträger (3) eine Strichcodespur (4) aufweist, bei der Elemente (42) mit binär unterschiedlichem Reflexions- oder Transmissionsvermögen orts­ abhängige Codemuster (43) darstellen, die eineindeutig einem Ort des Code­ trägers (3) zugeordnet sind,
  • b) die Elemente (42) der Strichcodespur (4) jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Modulbreite (M) eines elementaren Moduls (41) sind,
  • c) die Detektionseinheit mindestens eine Empfängerzeile (5) enthält, die in Be­ wegungsrichtung der Strichcodespur (4) angeordnet ist,
  • d) ein innerhalb des erfaßten Codeträgerabschnittes liegendes Codemuster (43) derart auf die Empfängerzeile (5) abgebildet wird, daß das Abbild jedes be­ sagten Moduls (41) in seiner Modulbreite (M) mehrere Empfängerelemente überdeckt und mindestens im Mittel eines durch die Empfängergeometrie vorgegebenen Zeilenraster (51) übereinstimmt,
  • e) Mittel zum Verschieben des Codemusters (43) relativ zum Zeilenraster (51) der Empfängerzeile (5) vorhanden sind, wobei die Verschiebung derart er­ folgt, daß das Zeilenraster (51) wenigstens im Mittel mit den Binärüber­ gängen des Codemusters (43) zur Deckung gebracht wird, und
  • f) die Detektionseinheit Mittel zum Vergleichen der von der Empfängerzeile (5) erfaßten, binarisierten Codemuster (43) mit den für sämtliche mögliche Codeträgerpositionen gespeicherten Bitmustern (72) aufweist, wobei die Grundlage des Vergleichs ein Codespurabschnitt ist, der größer ist als ein Fenster (6) aus dem Produkt von Modulbreite (M)und einer zur eindeutigen Ortsbestimmung notwendigen Anzahl (P) von Modulen (41) bei vorgege­ bener Zahl der Abtastschritte des Positionsgebers.
1. Optical position transmitter with a code carrier, the position of which is to be detected, an optical reading device for reading a detected code carrier section, which contains a light source, a device for guiding a beam of rays generated by the light source and a detection unit, the detection unit outputting receiver signals in binary form, characterized in that
  • a) the code carrier ( 3 ) has a bar code track ( 4 ) in which elements ( 42 ) with binary different reflectivity or transmittance represent location-dependent code patterns ( 43 ) which are uniquely assigned to a location of the code carrier ( 3 ),
  • b) the elements ( 42 ) of the bar code track ( 4 ) are each an integer multiple of the module width (M) of an elementary module ( 41 ),
  • c) the detection unit contains at least one receiver line ( 5 ) which is arranged in the direction of movement of the bar code track ( 4 ),
  • d) a within the detected code carrier section code pattern ( 43 ) is mapped onto the receiver line ( 5 ) in such a way that the image of each module ( 41 ) be covered in its module width (M) covers several receiver elements and at least one given by the receiver geometry Line grid ( 51 ) matches,
  • e) There are means for shifting the code pattern ( 43 ) relative to the line pattern ( 51 ) of the receiver line ( 5 ), the shift being such that the line pattern ( 51 ) follows at least on average with the binary transitions of the code pattern ( 43 ) Cover is brought, and
  • f) the detection unit has means for comparing the binarized code patterns ( 43 ) detected by the receiver line ( 5 ) with the bit patterns ( 72 ) stored for all possible code carrier positions, the basis of the comparison being a code track section which is larger than a window ( 6 ) from the product of module width (M) and a number (P) of modules ( 41 ) necessary for unambiguous location determination with a predetermined number of scanning steps of the position transmitter.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerzeile (5) in zahlenmäßig gleiche, überlappungsfrei angeord­ nete Empfängergruppen (52) eingeteilt ist, die das Zeilenraster (51) der Empfän­ gerzeile (5) darstellen und in ihrer Größe der Breite eines abgebildeten Moduls (41) entsprechen, wobei der Durchschnitt der Bitzustände innerhalb jeder Empfängergruppe (52) den Ausschlag für die Bewertung des betroffenen Moduls (41) des Codemusters (43) gibt.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the receiver line ( 5 ) is divided into numerically identical, overlap-free angeord Neten recipient groups ( 52 ), which represent the line pattern ( 51 ) of the receiver gerzeile ( 5 ) and the size of the width of a correspond to the module ( 41 ) shown, the average of the bit states within each receiver group ( 52 ) being the decisive factor for the evaluation of the module ( 41 ) concerned of the code pattern ( 43 ). 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verschieben des Codemusters (43) bezüglich des Zeilenrasters (51) ein der Empfängerzeile (5) und einer Binarisierungseinrichtung (54) nachgeordnetes Schieberegister (55) beinhalten, wobei das aus der Binarisierungseinrichtung (54) ausgegebene Codemuster (43) dem Schieberegister (55) zugeführt und in diesem gegenüber dem vorgegebenen, mit dem Zeilenraster (51) korrespondierenden Datenabgriff um die durchschnittliche Differenz der Zustandsübergänge des Codemusters (43) bezüglich der Grenzen der Empfängergruppen (52), maximal um ± ½ M, verschoben wird.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the means for shifting the code pattern ( 43 ) with respect to the line grid ( 51 ) contain a shift register ( 55 ) downstream of the receiver line ( 5 ) and a binarization device ( 54 ), the binarization device ( 54 ) output code pattern ( 43 ) to the shift register ( 55 ) and in this compared to the predetermined, with the line grid ( 51 ) corresponding data tap by the average difference of the state transitions of the code pattern ( 43 ) with respect to the limits of the receiver groups ( 52 ), maximum is shifted by ± ½ M. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Größe der durchgeführten Verschiebung mindestens ein Zähler (56) vorgesehen ist, wobei dem Zähler (56) die empfängertaktsynchrone Bitfolge der Empfängerzeile (5) zugrunde gelegt wird.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that for detecting the size of the displacement carried out at least one counter ( 56 ) is provided, the counter ( 56 ) being based on the receiver clock synchronous bit sequence of the receiver line ( 5 ). 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Zähler (57) zur Zählung der in jeder Empfängergruppe (52) auftretenden Bitzustände dem Schieberegister (55) zugeordnet ist, wobei ein Zwischenspeicher (58) zur Übernahme des mit dem Zeilenraster (51) korrespon­ dierenden Codemusters (43) nachgeordnet ist.5. Arrangement according to claim 4, characterized in that a further counter ( 57 ) for counting the bit states occurring in each receiver group ( 52 ) is assigned to the shift register ( 55 ), with a buffer ( 58 ) for taking over with the line grid ( 51 ) Corresponding code pattern ( 43 ) is subordinate. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verschieben des Zeilenrasters (51) bezüglich des Code­ musters (43) einen Zähler (56) zur Zählung der empfängertaktsynchronen Bit­ zustände bis zur ersten Änderung des Bitzustandes enthält, dem ein Ablage­ speicher zur Speicherung der Ablage des Codemusters (43) gegenüber dem Zeilenraster (51) folgt, wobei der Zähler (56) bei Änderung des Bitzustandes zurückgesetzt wird und der Ablagespeicher über mindestens einen weiteren Zähler aufgrund abweichender Ablagen nachfolgender Bitzustandsänderungen korrigierbar ist. 6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the means for moving the line grid ( 51 ) with respect to the code pattern ( 43 ) contains a counter ( 56 ) for counting the receiver clock synchronous bit states until the first change in the bit state, which stores a file for storing the storage of the code pattern ( 43 ) with respect to the line grid ( 51 ) follows, the counter ( 56 ) being reset when the bit status changes and the storage memory being correctable via at least one further counter due to differing storage of subsequent bit status changes. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vergleichen als Vergleichsbasis ein Fenster (6) des ausgelesenen Codemusters (43) mit einer Fensterbreite von F = k P M enthalten, wobei M die elementare Modulbreite, P die Anzahl der zur eindeutigen Positionszuordnung erforderlichen Module je Abtastschritt und k eine Konstante sind, sowie Speicher (7) und Komparatoren zum Vergleichen des Fensters (6) mit allen gespeicherten Bitmustern (72), soweit a-priori-Informationen über die vorherige Position des Positionsgebers fehlen.7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the means for comparison as a basis for comparison contain a window ( 6 ) of the read code pattern ( 43 ) with a window width of F = k PM, where M is the elementary module width, P the number of the unique Position assignment required modules per sampling step and k are a constant, as well as memory ( 7 ) and comparators for comparing the window ( 6 ) with all stored bit patterns ( 72 ), insofar as a priori information about the previous position of the position transmitter is missing. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vergleichen eine vorgeschaltete erste Stufe enthalten, die aus zwei gleichwertigen Teilen auf Basis der Auswertung zweier benachbarter, gleichgroßer Teilfenster (61, 62) zusammengesetzt ist, wobei jedes Teilfenster (61, 62) eine Breite (F₁ , F₂) aufweist, die sich aus dem Produkt der elementaren Modulbreite (M)und der Anzahl (P) der zur eindeutigen Positionszuordnung je Abtastschritt erforderlichen Module (41) bestimmt, und einzeln mit den gespei­ cherten Bitmustern (72) verglichen wird, daß die besagte erste Stufe mit Mitteln zur Ausgabe der Positionsdaten in Verbindung steht, wenn für beide Teilfenster (61, 62) bei Fehlerfreiheit der betreffenden Codespurabschnitte eine bezüglich einer gemeinsamen Bezugskante übereinstimmende Position ermittelt wird, und daß die besagte erste Stufe eine Verbindungsmöglichkeit zu einer zweiten Stufe auf der Basis der erweiterten Fensterbreite (F) mit F = k P M bei k < 2 besitzt, wenn bei mangelnder Positionsübereinstimmung der Teilfenster (61, 62) infolge eines Fehlers in einem der Teilfenster (61, 62) die Positionsbestimmung unsicher ist, wobei die Erhöhung von k bei Unsicherheit infolge eines Fehlers jeweils die Aktivierung einer weiteren Vergleichsstufe bedeutet.8. The arrangement according to claim 7, characterized in that the means for comparing contain an upstream first stage, which is composed of two equivalent parts on the basis of the evaluation of two adjacent, equally large sub-windows ( 61 , 62 ), each sub-window ( 61 , 62 ) has a width (F₁, F₂), which is determined from the product of the elementary module width (M) and the number (P) of modules ( 41 ) required for the unique position assignment per scanning step, and individually with the stored bit patterns ( 72 ) it is compared that the said first stage is connected to means for outputting the position data if, for both sub-windows ( 61 , 62 ), if the relevant code track sections are free of errors, a position corresponding to a common reference edge is determined, and that said first stage provides a connection option to a second stage based on the extended window width (F) with F = k PM at k <2, if the position determination of the partial window ( 61 , 62 ) is uncertain due to an error in one of the partial windows ( 61 , 62 ), the increase in k with uncertainty due to an error activating a further one if there is a lack of position matching Comparison level means. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Bezugskante der Teilfenster (61, 62) und die Bezugskante der erweiterten Fensterbreite (F) jeweils die Mitte des gesamten Fensters (6) ist.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the common reference edge of the partial window ( 61 , 62 ) and the reference edge of the extended window width (F) is in each case the center of the entire window ( 6 ). 10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher für jeden möglichen Abtastschritt in der Schrittweite von einem Modul (41) das gesamte im Teilfenster (61, 62) ablesbare Codemuster (43) als Bitmuster (72) auf der jeweiligen Positionsadresse gespeichert haben. 10. The arrangement according to claim 7, characterized in that the memory for each possible scanning step in the step size of a module ( 41 ) the entire in the partial window ( 61 , 62 ) readable code pattern ( 43 ) as a bit pattern ( 72 ) stored on the respective position address to have. 11. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speichern (7) für jeden möglichen Abtastschritt in der Schrittweite von einem Modul (41) nur der Wert des ersten Moduls (41) auf der jeweiligen Positionsadresse (71) gespeichert sind und für den Fenstervergleich die folgen­ den k · P Positionsadressen (71) mit deren Einzelwerten gleichzeitig abfragbar sind.11. The arrangement according to claim 7, characterized in that only the value of the first module ( 41 ) on the respective position address ( 71 ) and are stored in the memories ( 7 ) for each possible scanning step in the step size of a module ( 41 ) the window comparison which follows the k · P position addresses ( 71 ) with their individual values which can be queried at the same time.
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