DE4427278C2 - Längen- oder Winkelmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Längen- oder Winkel­ meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hallgeneratoren sind magnetfeldabhängige Halblei­ ter, die auf der Ausnutzung des Hall-Effektes be­ ruhen. Beim Hallgenerator wird an zwei gegenüber­ liegenden Seiten eines dünnen Halbleiterplättchens eine Hallspannung abgenommen, wenn es von einem Stromdurchflossen und senkrecht zu dem Plättchen von einem Magnetfeld durchsetzt wird. Diese Hall­ spannung ändert sich entsprechend der Richtung und Stärke des Magnetfeldes, sowie dem durchfließenden Strom. Durch das Zusammenwirken von Magnetfeld und Strom entsteht eine Spannung, so daß man von einem Generator sprechen kann. Hallgeneratoren werden auch als Hallelemente, Hall effect transducer oder Hallsensoren bezeichnet.

Hallgeneratoren werden zur Messung von Magnetfel­ dern und zur Positionserfassung magnetischer Mate­ rialien eingesetzt. Als Anwendung ist insbesondere die Messung von Längen und Winkeln mittels relativ zum Hallgenerator bewegter Permanentmagnete zu nen­ nen.

Aus der DE-32 18 298-A1 ist beispielsweise eine derartige Positionsmeßeinrichtung beschrieben, bei der mittels einer stationären Abtasteinrichtung ein Magnetfeld erzeugt wird, das von einer gezahnten Stange aus permeablem Material beeinflußt wird. Die sich durch Bewegung der Stange ändernde Magnetfeld­ dichte wird durch einen Hallgenerator erfaßt. An­ stelle der gezahnten Stange und des stationären Magnetfeldes können auch in Meßrichtung wechselnd polarisierte Magnetelemente mit einem Hallgenerator abgetastet werden.

Hallgeneratoren zur Ermittlung einer Referenzposi­ tion eines bewegbaren Magneten sind in der DE-42 10 934-C1 erläutert.

Eine Überwachungseinrichtung zum Selbsttest eines Hallgenerators ist an sich aus der EP-0 508 794-A1 bekannt. Einem Hallgenerator ist ein stationärer Elektromagnet zugeordnet. Bei eingeschaltetem Elek­ tromagnet wird geprüft, ob die Hallspannung ober­ halb eines vorgegebenen Wertes liegt.

Eine Positionsmeßeinrichtung mit Grenzlagenschalter - von der unsere Erfindung ausgeht - ist in der EP-0 145 844-B1 angegeben. Die Grenzlagenschalter sind an einer Fläche eines Maßstab- oder Teilungs­ trägers der Meßeinrichtung angeordnet. Die Grenz­ lagenschalter sind als elektromechanische Schalt­ nocken ausgebildet.

Insbesondere bei der Anwendung zur Positionserfas­ sung ist es erforderlich, den Hallgenerator auf korrekte Betriebsweise zu überwachen und im Fehler­ fall ein Fehlersignal zu erzeugen. Dieses Fehlersi­ gnal kann dazu dienen, die Relativbewegung der Ob­ jekte, dessen Positionen erfaßt werden sollen zu stoppen, um zu vermeiden, daß die Objekte während des Ausfalls des Hallgenerators unzulässige Posi­ tionen einnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Län­ gen- oder Winkelmeßeinrichtung zu schaffen, bei der das Überfahren von Grenzlagen sicher ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspru­ ches 1 gelöst.

Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß ein Defekt des Hallgenerators oder ein Defekt der Leitungen für die Versorgungsspannung und der Ausgangsleitungen des Hallgenerators, sowie ein Ausfall der Versorgungsspannung eindeutig detek­ tiert werden kann.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Überwachungseinrichtung für eine Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Signaldiagramm.

Die Überwachungseinrichtung besteht aus einem Magneten 1, der einem zu über­ wachenden Hallgenerator 2 stationär zugeordnet, beispielsweise aufgeklebt ist. Der Magnet 1 erzeugt ein Magnetfeld B1, wodurch die Hallspannung UH - welche in der Regel ohne äußeres Magnetfeld B zu­ mindest annähernd 0 V ist - auf etwa 200 mV ansteigt. Dieser Zustand ist in Fig. 2 im Bereich t1 darge­ stellt. Bei einem Ausfall der Spannungsversorgung UV, bei einem Defekt der Ausgangsleitungen 3, 4, sowie bei einem Defekt des Hallgenerators 2 sinkt die Hallspannung UH auf 0 V. Dieser Zustand ist in Fig. 2 im Bereich t2 dargestellt. Der Spannungsab­ fall kann mittels bekannter Triggerschaltungen in einer Überwachungsschaltung 5 detektiert werden. In der Überwachungsschaltung 5 wird die an den Aus­ gangsleitungen 3, 4 anstehende Hallspannung UH mit einer vorgegebenen Vergleichsspannung UR ver­ glichen. Unterschreitet die Hallspannung UH die Vergleichs Spannung UR, wird von der Überwachungs­ schaltung 5 ein Fehlersignal F abgegeben.

Gelangt der Hallgenerator 2 in ein weiteres Magnet­ feld B6, das beispielsweise von einem Magneten 6 ausgeht, dessen Position erfaßt werden soll, so sinkt die Hallspannung UH um etwa 100 mV auf 100 mV. Dieser Zustand ist in Fig. 2 im Bereich t3 darge­ stellt.

Gelangt der Hallgenerator 2 in ein Magnetfeld B, dessen Richtung zu B6 entgegengesetzt ist, und sich somit zu dem Magnetfeld B1 des stationären Magneten 1 addiert, so steigt die Hallspannung UH um etwa 100 mV auf 300 mV. Dieser Zustand ist in Fig. 2 im Bereich t4 dargestellt.

Bei diesen beispielhaft angeführten Verhältnissen wird die Vergleichsspannung UR auf etwa 50 mV ge­ setzt. Sinkt die Hallspannung UH unter UR=50 mV, so wird das Fehlersignal F erzeugt, was auf einen fehlerhaften Betrieb des Hallgenerators 2 hinweist.

Bei der Längen- oder Winkelmeßeinrichtung sind Grenzlagenschalter vorgesehen. Diese Grenzlagenschalter bestehen aus einem oder mehreren Hallgeneratoren 2 in einer Abtastein­ richtung, die relativ zu einer Maßverkörperung in Meßrichtung verschoben wird. An der Maßverkörperung und/oder an einem Träger der Maßverkörperung ist im Bereich der Grenzlagen jeweils ein Magnet 6 ange­ bracht. Wenn der Hallgenerator 2 in den Einflußbe­ reich des Magnetfeldes eines dieser Magneten 6 ge­ langt, wird aufgrund der erzeugten Hallspannung UH ein Abschaltsignal an den Maschinenantrieb gegeben, um eine Kollision von Maschinenteilen zu vermeiden. Auch bei einem Ausfall des Hallgenerators 2 oder einem Defekt der Ausgangsleitungen 3, 4 muß der Maschinenantrieb stillgesetzt werden, um ein Über­ fahren der Grenzlagen zu vermeiden. Hierzu wird das Fehlersignal F der Überwachungsschaltung 5 einer numerischen Steuerung oder direkt verstärkt dem Maschinenantrieb zugeführt.

Ist beispielsweise der in Fig. 1 dargestellte Mag­ net 6 an einer Grenzlage einer Längenmeßeinrichtung angeordnet, so kann die Vergleichsspannung UR1 auf etwa 150 mV gesetzt werden. In diesem Fall wird ein Fehlersignal F zum Stillsetzen des Antriebes er­ zeugt, wenn die Hallspannung UH unter 150 mV fällt. Bei den Signalzuständen gemäß Fig. 2 würde also in den Bereichen t2 und t3 ein Fehlersignal F erzeugt.

Um auch beim Überfahren eines Magneten, dessen Mag­ netfeld entgegen B6 gerichtet ist, ein Abschaltsi­ gnal zu erhalten, kann die Hallspannung UH in der Überwachungsschaltung 5 zusätzlich mit einer weiteren Vergleichsspannung UR2 von z. B. 250 mV ver­ glichen werden. Steigt die Hallspannung UH über 250 mV, wird dann ebenfalls ein Fehlersignal F er­ zeugt. Durch diese Variante ist der Normalbetrieb des Hallgenerators durch die beiden Vergleichsspan­ nungen UR1, UR2 zwischen 150 mV und 250 mV vorgege­ ben.

Es ist auch vorteilhaft, einen Hallgenerator zur Abtastung eines Magneten einer einzigen vorgege­ benen Magnetfeldrichtung einzusetzen und einen weiteren Hallgenerator zur Abtastung eines Magneten des entgegengesetzt gerichteten Magnetfeldes. Der stationär einem Hallgenerator zugeordnete Magnet erzeugt in beiden Fällen ein Magnetfeld, das dem jeweils abzutastenden Magneten entgegengerichtet ist. Dies hat den Vorteil, daß ein großer Arbeits­ bereich für die Hallspannung UH garantiert ist, ohne daß eine Übersteuerung (Sättigung) des Hall­ generators erfolgt. Da die Hallspannung UH aufgrund des abzutastenden Magneten entweder nur in Richtung 0 V ansteigt oder abfällt, muß die Hallspannung UH jeweils nur mit einer einzigen Vergleichsspannung verglichen werden, um den Ausfall oder das Er­ reichen einer Grenzlage zu detektieren.

Zur sicheren Übertragung des Fehlersignales F ist es angebracht, den Signalweg von der Überwachungs­ schaltung 5 zu einer NC-Steuerung oder zu einem Ab­ schaltrelais einer Antriebseinrichtung zweikanalig auszulegen und das Fehlersignal F im Gegentaktbe­ trieb zu übertragen.

Claims (2)

1. Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einer Maß­ verkörperung und einer relativ dazu beweglichen Abtasteinrichtung zur Abtastung der Maßverkörpe­ rung, wobei an der Meßeinrichtung Grenzlagen­ schalter vorgesehen sind, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Maßverkörperung und/oder an ei­ nem Träger der Maßverkörperung im Bereich der Grenzlagen jeweils ein Magnet angebracht ist, daß der Magnet (6) von einem Hallgenerator (2) der Abtasteinrichtung abgetastet wird und dem Hallgenerator (2) ein stationärer Magnet zuge­ ordnet ist, durch den die am Hallgenerator (2) anstehende Hallspannung (UH) auf einen vorgege­ benen Wert gesetzt wird, und daß eine Überwa­ chungsschaltung (5) vorgesehen ist, die ein Feh­ lersignal (F) erzeugt, wenn die Hallspannung (UH) eine vorgegebene Vergleichsspannung (UR) unter- oder überschreitet, und daß weiterhin an einen Maschinenantrieb ein Abschaltsignal ab­ gegeben wird, wenn der Hallgenerator (2) in den Einflußbereich des Magnetfeldes eines der Ma­ gneten (6) gelangt oder das Fehlersignal (F) ansteht.

2. Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (B1) des dem Hallgenerator (2) stationär zuge­ ordneten Magneten (1) entgegengesetzt zu dem externen Magnetfeld (B6) der Magnete (6) gerich­ tet ist.