DE69836507T2

DE69836507T2 - Kodierer

Info

Publication number: DE69836507T2
Application number: DE69836507T
Authority: DE
Inventors: Jan Overby; Henrik Linde
Original assignee: Leine and Linde AB
Current assignee: Leine and Linde AB
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: EP1480344A1; DE69826364D1; US6087948A; SE9702100L; SE9702100D0; EP0883249A3; DE69836507D1; EP1480344B1; EP0883249B1; SE514067C2; EP0883249A2; DE69826364T2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustands in einem Codierer und auf einen Codierer mit Zustandsbestimmungsmitteln.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Optoelektrische Zustandsanzeigen umfassen eine Codierplatte (coding disk), die ein optisch lesbares Muster aufweist. Das Muster der Platte (im Folgenden: Plattenmuster) wird durch einen oder mehrere Detektoren gelesen, die jeweils ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Lichtmenge liefern, die in dem Detektor empfangen wird, sodass die Bewegung der Codierplatte in Abhängigkeit von dem Detektor durch Änderungen des elektrischen Signals angegeben wird.
Die Codierplatte umfasst ein periodisches Muster, wie beispielsweise eine Mehrzahl von hellen und dunklen Feldern gleicher Größe. Wenn die Codierplatte gebogen oder gedreht wird, kann die Änderung zwischen dunklen und hellen Feldern erfasst und somit eine Winkeländerung bestimmt werden.
Optoelektrische Codierer werden häufig in Umgebungen, die vielen Schwingungen ausgesetzt sind, und häufig in einer stark kontaminierten Umgebung verwendet. Der Codierer kann beispielsweise verwendet werden, um die realen Werte einer Wellenrotation in einer Papiermaschine zu erzeugen. Beispielsweise kann der Codierer an einer rotierenden Welle oder einem Schaft in der Papiermaschine angebracht werden.
Die Codierplatte wird veranlasst, sich zu drehen, wenn sich die Welle dreht, und das Codierergehäuse und der Detektor sind fest an dem Gehäuse der Papiermaschine befestigt.
Ein Problem mit bekannten Codierern ist der Schmutz, der dazu neigt, in die Codierereinheit einzutreten und damit die Codierplatte zu verschmutzen und dadurch zu veranlassen, dass die Codierereinheit ein inkorrektes Ausgangssignal liefert. Ein weiteres Problem besteht darin, dass ein Codierereinheits-Lager nach einer langen Zeitspanne der Verwendung verschließen kann, was eine Änderung in dem Abstand der Codierplatte von der Detektoreinheit verursacht, die ihrerseits zu einer Fehlübereinstimmung des Codierereinheit-Ausgangssignals mit dem ursprünglichen Muster der Codierplatte führen kann.
Die U.S.-Patentschrift 5 302 944 offenbart einen Codierer, der eine Codierplatte, eine Lichtquelle und zwei Detektoren umfasst. Der Codierer erzeugt zwei versetzte Quadratursignale A und B in Abhängigkeit von den Detektorsignalen. Das Ausgangssignal des ersten Detektors ist mit einem getakteten Komparator gekoppelt, der den Spannungspegel des ersten Detektorausgangssignals mit einem Bezugspegel vergleicht, wenn ein Taktsignal empfangen wird. Der Ausgang des Komparators wird an einen Zähler geliefert. Eines der beiden Quadratursignale wird benutzt, um Taktimpulse für das Abtasten des anderen der beiden Quadratursignale am Spitzenwert bereitzustellen. Wenn das erste Detektorsignal zu der getakteten Zeit niedriger als die Bezugsspannung ist, wird der Zähler seinen Zählwert erhöhen, der als ein Fehlersignal e bezeichnet wird, und die Treiberspannung zu der Lichtquelle hängt ebenfalls von dem Zählwert ab, um einen bestimmten Spannungspegels aufrechtzuerhalten, auch wenn die Skala verschmutzt ist. Ungünstigerweise wird das Taktimpulssignal zum Prüfen des A- Signals nicht bereitgestellt, wenn das B-Signal fehlerhaft arbeitet, da das B-Signal für das Taktsignal verwendet wird.
Die U.S.-Patentschrift 4 827 123 beschreibt einen Codierer, der ein Paar von Lichtquellen und ein Paar von Lichtdetektoren aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten einer Platte mit optischen Blenden (optical shuttered disc) angeordnet sind. Die Blenden sind aus zwei phasenverschobenen lichtdurchlässigen und lichtblockierenden Bereichen zusammengesetzt, die zu einer Änderung in den Ausgangssignalen von den Detektoren in Übereinstimmung mit einem Gray-Code führen, wenn sich die Optikplatte dreht. Gemäß der U.S. 4 827 123 werden vier Zustände festgelegt, die in einer vorgegebenen ersten Sequenz in einer Rotationsrichtung und in einer vorgegebenen zweiten Sequenz, wenn sich die Optikplatte in der entgegengesetzten Richtung dreht, auftreten. Ein Mikroprozessor analysiert die erzeugten Zustandssequenzen, und wenn keine der vorbestimmten Sequenzen auftritt, erzeugt er einen Alarmzustand, der angibt, dass ein Ausfall in einem der Lichtemittoren oder Lichtdetektoren oder auf der Optikplatte aufgetreten ist.
Die U.S.-Patentschrift 5 406 267 beschreibt ein System zum Überwachen des Betriebs eines Codierers, bei dem ein Verfahren zum Einstellen der Ausgabe der Lichtquelle der Codierervorrichtung implementiert ist, um den maximalen Beleuchtungsdurchsatz zu dem Photodetektor auf einem vorbestimmten Pegel beizubehalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung widmet sich dem Problem des Bereitstellen eines Verfahrens, das die Wartung von bewegungsbestimmenden oder positionsbestimmenden Codierern erleichtert.
Die Erfindung widmet sich ebenfalls dem Problem des Bereitstellens eines Verfahrens, das die Wartung von Steuersystemen erleichtert, die bewegungs- oder positionsbestimmende Codierer aufweisen.
Die Erfindung widmet sich ebenfalls dem Problem des Bereitstellens eines Verfahrens zum Erzeugen von Signalen, die in Kombination eine genaue Information bereitstellen, die sich auf den Funktionsstatus eines Codierers bezieht.
Die Erfindung widmet sich ebenfalls dem Problem des Bereitstellens eines zweckmäßigen, einfachen Verfahrens zum Ermitteln des Funktionsstatus eines Codierers.
Die Erfindung widmet sich ebenfalls dem Problem des Bereitstellens eines Codierers, der aufgebaut ist, um weniger Komponenten zum Ermitteln seines Funktionsstatus zu erfordern, und der eine größere Zuverlässigkeit bereitstellt.
Die Erfindung widmet sich ebenfalls dem Problem des Bereitstellens eines Codierers, der zuverlässig angibt, ob das Codiererausgangssignal korrekt ist oder nicht.
Die Erfindung widmet sich ebenfalls dem Problem des Bereitstellens eines Codierers, der eine Warnung über eine verschlechterte Codiererleistung liefern kann, wenn das Codiererausgangssignal korrekt ist, und angeben kann, ob das Codiererausgangssignal korrekt ist oder nicht, und eine Störquelle aus einer Anzahl von Störquellen identifizieren kann.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen oder zumindest die Wirkungen dieser Probleme zu minimieren, wird in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst: Erzeugen mindestens eines Analogsignals in Abhängigkeit von einer Bewegung zwischen einer Codierplatte und einem Detektor; Bestimmen eines Signalpegels aus dem Analogsignal; Vergleichen des Signalpegels mit mindestens einem Pegelschwellenwert; Erzeugen eines ersten Datensignals, wenn der Signalpegel niedriger als der Schwellenwert ist; Erzeugen eines Bewegungsanzeigesignals auf der Grundlage des Analogsignals; Zählen der Anzahl von Impulsflanken oder der Anzahl von Impulsen des Bewegungsanzeigesignals innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereichs; Vergleichen des Zählwerts mit einem vorbestimmten Schwellenzählwert; und Erzeugen eines zweiten Statussignals, wenn der Zählwert von dem Schwellenzählwert abweicht.
Es wird auch nach dem erfinderischen Verfahren arbeitender Codierer bereitgestellt.
Der Schwellenzählwert entspricht der Anzahl von Musterfeldern, die zu dem Codiermittel innerhalb des vorbestimmten Bewegungsintervalls gehören, wobei diese Musterfelder Signalimpulse in Zusammenarbeit mit den entsprechenden Detektoren erzeugen. Der Zählwert wird durch einen Zähler erzeugt. Der Zähler wird auf Null in Abhängigkeit von einem Bezugssignalimpuls gesetzt, der durch ein Bezugsmuster des Codiermittels mit vorgegebenen Bewegungsintervallen, wie beispielsweise einmal für jede volle Umdrehung, erzeugt wird.
Der Zähler empfängt ein Richtungssignal, das die Bewegungsrichtung angibt, und ist angepasst, um hoch bzw. vorwärts zu zählen, wenn die Bewegung in einer Richtung auftritt, und bei der Bewegung in einer entgegengesetzten Richtung runter bzw. rückwärts zu zählen. Somit kann der Zählerwert Null an dem Punkt sein, an dem sich die Bewegungsrichtung ändert, wobei der Bezugssignalimpuls an diesem Punkt erzeugt wird. Um in diesem Fall eine Angabe eines abweichenden Pulssignalmusters zu vermeiden, wird in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass der Zählerwert mit zwei vorbestimmten Schwellenwerten verglichen wird, und dass das zweite Statussignal erzeugt wird, wenn der Zählerwert von beiden Schwellenwerten abweicht. Ein vorbestimmter Schwellenwert ist beispielsweise Null, und der andere vorbestimmte Schwellenwert entspricht der Anzahl von Musterfeldern, die zu dem Codiermittel zwischen zwei einander benachbarten Bezugsmusterfeldern gehören.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Erzeugens eines Diagnosecodes auf der Grundlage der Zustände des ersten Statussignals (V₁) und des zweiten Statussignals (V₂).
Da das erste Statussignal eine verschlechterte Funktion von Komponenten angibt, die von der Komparatoreinheit mit Bezug auf den Signalpfad stromaufwärts liegen, und da das zweite Statussignal Störungen in entweder der Komparatoreinheit oder den ersten erwähnten Komponenten angibt, bietet diese Lösung den Vorteil, dass die Kombination von Statussignalen identifizieren wird, welche Komponente oder Komponenten eine verschlechterte Funktion aufweist/aufweisen.
Die Lösung der Erfindung ermöglicht ebenfalls, dass eine individuelle Zustandsidentifikation für jeden Signalpfad von einem Detektor zu dem Impulssignalausgang über eine Komparatorschaltung zum Umformen des Analogsignals in ein Impulssignal durchgeführt werden kann. Somit sind Fehler in dem Signalpfad für das Impulssignal A unabhängig von dem Status des Signalpfads B identifizierbar.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte des Erzeugens eines dritten Statussignals auf der Grundlage des Signalpegels des Analogsignals und des Angebens eines stark verschlechterten Zustands des Codiermittels oder des Detektors, wenn das dritte Statussignal angibt, dass der Signalpegel des Analogsignals unter einer vorbestimmten Pegelschwelle liegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit die Erfindung besser verstanden wird, wird die Erfindung nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1A ein Blockdiagramm, das schematisch eine erste Ausführungsform eines erfinderischen Codierers darstellt;
1B ein Blockdiagramm, das schematisch eine alternative Ausführungsform des Codierers darstellt;
2 ein Mustercodiermittel;
3A und 3B jeweils Signale, die in dem Codierer gemäß 1A erzeugt werden können, wenn sich das Codiermittel von 2 bezogen auf die entsprechenden Detektormittel bewegt;
4A und 4B jeweils Impulssignale, die in Abhängigkeit von Signalen erzeugt werden können, die in 3A und 3B dargestellt werden;
5 ein Blockschema, das eine Ausführungsform eines Signal-Analysators darstellt;
6 einen Zählwert, der durch einen Zähler erzeugt wird, der in dem Signal-Analysator gemäß 5 enthalten ist;
7A ein Blockschema, das eine Auswerteschaltung zum Erzeugen einer qualitativen Messung des Zustands des Codierers darstellt;
7B ein Blockschema, das eine Diagnoseschaltung zum Erzeugen von sich gegenseitig ausschließender Funktionszustands-Anzeigesignalen darstellt;
8 ein Blockschema, das eine weitere Ausführungsform eines erfinderischen Codierers darstellt.
Tabellen sind vorhanden, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern:

Tabelle 1 stellt vier Statussignal-Kombinationen, eine Diagnose und eine Bewertung des Ausgangssignals jeder Signalkombination dar.
Tabelle 2 stellt Codiererdiagnosen und Bewertungen der Ausgangssignalqualität beim Auftreten von drei Statussignalen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1A ist Blockschema, das eine Codierereinheit 5 darstellt, die eine Codiererplatte 10 und eine Detektoreinheit 20 zum Erzeugen von elektrischen Analogsignalen aufweist, deren Amplituden sich in Abhängigkeit von einer Drehbewegung der Codierplatte ändern. Die Codierereinheit umfasst ebenfalls eine Komparatoreinheit 40 zum Erzeugen von Rechteck-Signalen auf der Grundlage der Analogsignale.
2 stellt ein Muster auf der Codierplatte 10 dar. Das Muster umfasst drei Mustergruppen A_m, B_m und C_m. Wenn die Mustergruppe A_m in Relation zu einem entsprechenden Detektor 20A bewegt wird, wird ein Sinuswellen-Signal erzeugt, wobei dieses Signal in 3A dargestellt. 3B stellt ein sinusförmiges Signal dar, das um 90° versetzt ist, und das erzeugt wird, wenn das Muster B_m in Relation zu einem entsprechenden Detektor 20B bewegt wird. Das Muster C_m (siehe 2) veranlasst die Detektoreinheit 20, einen Bezugspuls einmal mit jeder Umdrehung zu erzeugen. Die Ausgangssignale von der Detektoreinheit sind somit die Signale A_a und B_a, die jeweils in 3A und 3B gezeigt werden, und ein Impulssignal wird mit jeder vollen Umdrehung der Codierplatte 10 erzeugt. Die Komparatorschaltung 50, die einen Schmitt-Trigger für jedes Eingangssignal aufweisen kann, erzeugt die Rechteck-Wellen-Impulszüge A_d und B_d aus jeweiligen sinusförmigen Signalen A_a und B_a. Die Codierereinheit liefert somit an seinem Mess-Signalausgang 50 die beiden Rechteck-Signale A_d und B_d und das Bezugssignal C_d.
Der Codierer umfasst ebenfalls eine Diagnoseeinheit 52. Die Diagnoseeinheit 52 umfasst einen Pegel-Analysator 54, dessen Eingang gekoppelt ist, um das Signal A_a zu empfangen. Weil eine verunreinigte und schmutzige Codierplatte zu einem schlechteren Kontrast und weniger deutlichen Unterschieden zwischen hellen und dunklen Teilen der Codierplatte führen wird, wird die Spannungsschwankung des durch den Detektor erzeugten elektrischen Signals beim Lesen der Codierplatte ebenfalls abnehmen, wenn die Codierplatte schmutziger wird. Eine störungsfreie Codierereinheit mit einer sauberen Codierplatte wird eine Spannungsschwankung ΔU mit dem Wert U_max aufweisen. Sollte die Codierplatte mit einer dünnen Schmutzschicht bedeckt sein, wird die Spannungsschwankung zwischen der Detektorspannung bezogen auf einen dunklen Teil und einen hellen Teil beispielsweise auf ΔU = 8/10·U_max abfallen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfordert der Codierer eine Spannungsschwankung ΔU = 5/10·U_max bezogen auf das sinusförmige Signal A_a, damit die Komparatorschaltung 40 das Rechteck-Signal mit ausreichender Zuverlässigkeit erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt der Pegel-Analysator 54 ein erstes Statussignal V_1A, aufgrund einer Spannung ΔU unter einem ersten Schwellenwert. Dieser Schwellenwert kann beispielsweise U_vl = 8/10·U_max sein, der angibt, dass sich der Zustand der Codierplatte oder des Detektors verschlechtert hat. Ein Vorteil, der in dieser Hinsicht geboten wird, besteht darin, dass die Platte durch einen Benutzer verwendet werden kann, um eine Warnung zu erzeugen, sodass der Codierer repariert oder ausgetauscht werden kann, bevor die Codierplatte so schmutzig wird, um zu einem fehlerhaften Signal an dem Codiererausgang 50 zu führen. Das Statussignal V_1A wird an einen Signalausgang 56 geliefert.
Gemäß einer Ausführungsform werden jeweilige Signale B_a und C_a auf die gleiche Art und Weise überwacht, und jeweilige Statussignale V_1B und V_1C werden ebenfalls erzeugt.
Bei einer Ausführungsform wird der Signalpegel der Analogsignale zum Steuern eines Speisestroms zu lichtemittierenden Dioden (nicht gezeigt) verwendet, die die Codierplatte beleuchten. Auf diese Art und Weise kann die Signalpegelschwankung von einem Detektor auf guten Pegeln gehalten werden, sogar wenn die Codierplatte schmutzig oder fleckig wird.
In 1A ist ersichtlich, dass die Diagnoseeinheit 52 einen Signal-Analysator 58 aufweist, dessen Eingang mit dem Signalausgang der Komparatoreinheit 40 für das Rechteck-Signal A_d gekoppelt ist. Der Signal-Analysator 58 ist angepasst, um ein zweites Statussignal zu erzeugen, wenn das Rechteck-Signal von einem vorbestimmten Impulssignalmuster abweicht. Gemäß einer Ausführungsform wird ein derartiges abweichendes Impulssignalmuster erfasst, indem die Anzahl von Impulsen oder Impulsflanken des Rechteck-Signals A_d gezählt wird, die in dem Intervall zwischen dem Empfangen von zwei aufeinanderfolgend erzeugten Bezugsimpulsen C_d auftritt, und wobei der Zählwert mit einem gespeicherten Wert verglichen wird, der der Anzahl von Teilmustern oder der Anzahl von Mustergrenzen auf der Codierplatte entspricht. Das zweite Statussignal wird an den Ausgang 56 geliefert.
Gemäß einer Ausführungsform wird auf die gleich Art und Weise das Signal B_d überwacht und ein Statussignal V_2B erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform arbeitet der Signal-Analysator 58, um die Sequenz von Ausgaben von den Quadratursignalen A_d und B_d zu analysieren. Es ist ersichtlich, dass, wenn sich die Codierplatte in einer ersten Richtung bewegt, die Signalkombination A_dB_d einer Sequenz 00; 01; 11; 10 folgen wird. Wenn sich die Codierplatte in der entgegengesetzten Richtung bewegt, wird die Signalkombination A_dB_d der Mustersequenz 10; 11; 01; 00 folgen. Wenn keine dieser Mustersequenzen erhalten wird, gibt es eine Fehlfunktion. Ein Richtungsdetektor liefert ein Richtungssignal als Antwort auf die Signale A_d und B_d. Wenn sich die Codierplatte dreht, liefert die resultierende Signalkombination und das Signal, das eine positive oder negative Flanke aufweist, Information hinsichtlich der Richtung, in der sich die Platte dreht, wie es dem Fachmann in dieser Technik bekannt ist. Diese Lösung weist den Vorteil auf, eine Anzeige einer Fehlfunktion bereitzustellen, sogar wenn sich die Codierplatte lediglich über einen Teil einer vollen Umdrehung hin und her bewegt, d.h., wenn der C-Impuls nicht erzeugt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Signal-Analysator 58 eine Schaltungsanordnung für die oben beschriebene Zählanalyse sowie eine Schaltungsanordnung für die Analyse der Signalsequenz. Dies hat den Vorteil Statuszuverlässige Statusanzeigen bereitzustellen, sowohl wenn der Codierer zum Messen von schnellen Rotationen verwendet wird, als auch, wenn er zum Messen von Bewegungen über einen kleinen Bruchteil einer Umdrehung verwendet wird.
Die nachstehende Tabelle 1 stellt ein Beispiel von Diagnoseergebnissen dar, die durch die Diagnosevorrichtung 52 erzeugt werden, wenn die Signale A_a und A_d auf die oben beschriebene Art und Weise überwacht werden. Wie aus Tabelle 1 offensichtlich ist, gibt das Statussignal V_2A an, dass das Ausgangssignal A_d fehlerhaft ist, d.h. dass A_d nicht in Übereinstimmung mit dem Muster A_m ist (siehe 2 und 4A).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Pegel-Analysator Mittel zum Erzeugen eines weiteren Statussignals V_3A, wenn der Spannungspegel ΔU_A des sinusförmigen Signals A_a unter einem zweiten Schwellenwerts U_VA3 liegt. Dieser zweite Schwellenwert ist so niedrig, dass eine Gefahr besteht, dass die Komparatoreinheit 40 kein Rechteck-Signal erzeugen wird, das dem ursprünglichen Muster der Codierplatte entspricht. Somit ist es durch Lesen des Statussignals V_3A möglich, wenn das Signal V_2A angibt, dass das Ausgangssignal A_c den falschen Wert ergibt, zu ermitteln, ob der Fehler oder die Störung in

1) der Komparatoreinheit 140 oder
2) dem Detektor oder der Codeplatte liegt.

Wenn die Komparatoreinheit 40 einen Übergangspegel 5/10·U_max zum Umschalten des Signals A_d von einem L-Pegel in einen H-Pegel aufweist, wird die zweite Pegelgrenze U_vA3 des Signals A_a wahrscheinlich auf 5/10·U_max eingestellt werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird somit der zweite Pegelgrenzwert U_vA3 mit dem entsprechenden Übergangspegel der Komparatoreinheit 40 zusammenfallen.
Die nachstehende Tabelle 2 stellt ein Beispiel der Diagnoseergebnisse dar, die durch die Diagnosevorrichtung 52 erzeugt werden, wenn die Signale A_a und A_d überwacht und drei Statussignale V_1A V_2A und V_3A auf die oben beschriebene Art und Weise erzeugt werden.
Bei der in 1B dargestellten Ausführungsform umfasst die Diagnosevorrichtung 52 eine Präsentationseinheit 59, die die Statussignale V₁, V₂ und V₃ empfängt und diese Signale auf eine für einen Benutzer wahrnehmbare Art und Weise präsentiert. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Präsentationseinheit 59 eine Signallampe oder lichtemittierende Diode für jedes Statussignal V_1A, V_2A und V_3A. Alternativ kann der Codierer sowohl einen Signalausgang 58 als auch eine Präsentationseinheit 59 aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Präsentationseinheit 59 ebenfalls Signallampen oder lichtemittierende Dioden für Statussignale V_1B, V_2B und V_3B, die das B-Signal angeben, und für Statussignale V_1C und V_3C zum Angeben des Pegels des Bezugssignals Ca. Da das Bezugssignal C_a ebenfalls durch den Pegel-Analysator überwacht werden kann, ist es möglich, zu ermitteln, ob die C-Detektor/Codierplatte oder die Vergleichsschaltung fehlerhaft arbeitet, wenn ein oder beide Statussignale V_2A, V_2B aktiviert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Präsentationseinheit 59 einen Anzeigeschirm 62, beispielsweise in der Form einer LCD-Anzeige. Abhängig von der Kombination der betreffenden Statussignale ist die Präsentationseinheit 59 angepasst, eine entsprechende Textnachricht auf dem Schirm 62 zu präsentieren. Der Inhalt der Textnachricht kann der in der nachstehenden Tabelle 1 präsentierten Information entsprechen.
Wie aus 5 offensichtlich ist, umfasst der Signal-Analysator 58 einen Zähler 70, der die Anzahl von Impulsen oder Impulsflanken des Signals A_d zählt. Der Zähler liefert seinen Zählwert an eine Vergleichsvorrichtung bzw. einen Komparator 80, die den Zählwert mit einem vorbestimmten Wert n_A vergleicht. Dieser Vergleich wird bei Empfang des Impulses C_d durchgeführt, wonach der Zähler auf Null gesetzt wird. Die Funktion der Zählereinheit 70 wird in 6 dargestellt. Der Zähler 70 zählt die Anzahl von Impulsflanken der Signale A_d und B_d, wobei er jedoch bei Empfang eines dem Muster C_m entsprechenden Bezugsimpulses auf Null gesetzt wird. Der Zähler 70 ist angepasst, um in einer Rotationsrichtung hoch bzw. vorwärts zu zählen und in der entgegengesetzten Rotationsrichtung runter bzw. rückwärts zu zählen. Die Rotationsrichtung wird aus der Phasenbeziehung zwischen den Signalen A_d und B_d bestimmt. Der Zähler 70 zählt somit die Anzahl von Impulsflanken während einer Umdrehung der Codierplatte durch Zählen der Anzahl von Flanken zwischen zwei Bezugsimpulsen C_d. Dieser maximale Zählwert wird an die Vergleichsschaltung 80 geliefert. An die Vergleichsschaltung 80 wird ebenfalls ein korrekter Zählwert n_A geliefert, der der Anzahl von Flanken entspricht, die durch die Codierplatte während einer Umdrehung präsentiert werden. Wenn die Codierereinheit auf die beabsichtigte Art und Weise arbeitet, wird somit der maximale Zählwert von dem Zähler 70 dem Zählwert von der Bezugsvorrichtung 190 entsprechen. Wenn die Vergleichsschaltung 80 erfasst, dass die beiden Werte nicht übereinstimmen, wird ein Störungsanzeigesignal an ihrem Ausgang 100 erzeugt.
Wenn die Rotationsrichtung geändert wird, wird der Zähler runter bzw. rückwärts zählen, bis Null („0") erreicht ist. Wenn der Codierer korrekt arbeitet, wird der Wert „0" in Verbindung mit dem Erzeugen des Bezugsimpulses C_d erhalten. Aus diesem Grund wird das Ausgangssignal n des Zählers 70 ebenfalls an eine Vergleichsschaltung 110 geliefert, die den Zählerwert mit dem Wert „0" (Null) vergleicht.
Wenn die beiden Eingangssignale n und n_A (oder n und „0") der Vergleichsschaltung 80 (und 110) übereinstimmen, erzeugt die Vergleichsschaltung eine Eins („1") an ihrem Ausgang. Eine NOR-Schaltung 120 empfängt die Signale und erzeugt eine „0", wenn keine Störung existiert.
Die NOR-Schaltung 120 erzeugt eine „1" (Eins), wenn keine der beiden Vergleichschaltungen eine Übereinstimmung angibt.
Da das Anzeigesignal an dem Ausgang des NOR-Gatters 120 genau dann erzeugt wird, wenn der Bezugsimpuls C_d empfangen wird, ist ein „Ventil" (valve) 130 angeordnet, um das NOR-Gatter 120 mit einem bistabilen RS-Multivibrator als Antwort auf den Bezugsimpuls zu koppeln.
Der S-Eingang des bistabilen RS-Multivibrators wird in einem normalerweisen L-Pegelzustand gehalten, obwohl, falls das NOR-Gatter „1" liefert, wenn das Ventil 130 geschlossen ist, das Ausgangssignal des bistabilen RS-Multivibrators auf „1" gesetzt wird.
Der Ausgang des bistabilen RS-Multivibrators liefert das Statussignal V_2A.
7A stellt eine Auswerteschaltung 140 für eine qualitative Messung des Zustands des Codierers auf der Grundlage der Statussignale dar. Drei sich gegenseitig ausschließende Qualitätszustandssignale werden mittels der Auswerteschaltung erzeugt.
Wie aus Tabelle 1 offensichtlich ist, sind beide Statussignale V_1A und V_2A auf dem L-Pegel, wenn die Qualität des Codierers zufriedenstellend ist. Indem die Signale V_1A und V_2A an ein NOR-Gatter 150 geliefert werden, wird ein Signal erzeugt, das auf hohen Signalpegeln angibt, dass die Qualität des Codierers zufriedenstellend ist.
Ein Gatter 160 erzeugt ein Signal, das einen hohen Signalpegel aufweist, wenn V_1A, jedoch nicht V_2A, auf einem H-Pegel ist. Das Ausgangssignal des Gatters 160 gibt auf einem H-Pegel an, dass die Qualität des Codierers verschlechtert ist, wobei jedoch das Codierer-Ausgangssignal noch zuverlässig ist.
Wenn das Signal V_2A in den H-Pegelzustand geht, gibt dies an, dass das Codierer-Ausgangssignal fehlerhaft ist. Somit werden bei der in 7A gezeigten Schaltung drei sich gegensätzlich ausschließende Funktionszustände erzeugt, die jeweils mit „gut", „verschlechtert" und „gestört" bezeichnet werden können. Wie in 7A dargestellt ist, können diese drei Funktionszustandssignale jeweils an eine jeweilige Signallampe 170, 180 und 190 geliefert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Signallampen oder lichtemittierenden Dioden jeweils grün, gelb und rot gefärbt.
7B stellt eine Diagnoseschaltung 192 dar, die auf der Grundlage der Statussignale V₁, V₂ und V₃ Information hinsichtlich der Fehlerquelle oder Störquelle erzeugt, wenn der Zustand des Codierers verschlechtert ist. Bei einer Ausführungsform umfasst die Diagnoseschaltung 192 ein UND-Gatter 194, mit drei Eingängen, von denen zwei negiert sind, um ein erstes Fehlersignal E1 zu erzeugen. Es ist aus 7B in Kombination mit Tabelle 2 ersichtlich, dass das Fehlersignal E1 angibt, dass die Codierplatte leicht verschmutzt ist. Das Signal E1 ist mit einer Anzeige 195 gekoppelt.
Die Diagnoseschaltung umfasst ebenfalls ein UND-Gatter 196, das auf der Grundlage der Statussignale V₁ und V₃ bestimmt, ob die Codierplatte stark verschmutzt ist oder nicht, und das in dem dargestellten Fall ein Fehlersignal E2 erzeugt.
Ein UND-Gatter 198 erzeugt ein Signal E3, wenn das Statussignal V₂ auf einem H-Pegel und das Statussignal V₃ auf einem L-Pegel ist. Ein H-Signal E3 gibt an, dass die Vergleichsschaltung gestört ist.
8 stellt eine weitere Ausführungsform eines mit einer Diagnoseeinheit ausgestatteten Codierers dar.
Die Detektorvorrichtung 20 liefert jeweilige Signale A_a, B_a und C_a an einen Vorverstärker 200, der die Signalamplituden der Detektorsignale erhöht.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das Analogsignal A_a an einen A/D-Wandler angelegt, dessen Ausgang somit den Spannungspegel des Analogsignal in der Form eines Digitalsignals zeigt. Ein Mikroprozessor 210 liest den Spannungspegel und ermittelt die Spannungsschwankung des Analogsignals. Dies kann beispielsweise durch Ermitteln des Spitze-Spitze-Werts der Spannung erreicht werden. Weil eine schmutzige Codierplatte zu schlechterem Kontrast und weniger Unterscheidungsvermögen zwischen hellen und dunklen Teilen der Codierplatte führt, wird die durch den Detektor beim Lesen der Codierplatte erzeugte Spannungsschwankung des elektrischen Signals ebenfalls abnehmen, wenn die Codierplatte schmutziger wird. Der Mikroprozessor liest somit den höchsten Wert und den niedrigsten Wert der Analogspannung A_a und berechnet daraus den Spannungsunterschied ΔU. Ein der Empfindlichkeitsgrenze der Komparatoreinheit 40 entsprechender Pegelgrenzwert ist in einem Speichermittel 220 gespeichert. Der Mikroprozessor liest den Spannungspegel ΔU in regelmäßigen Zeitabständen und vergleicht diesen Pegel mit dem Grenzwert und erzeugt ein erstes Pegelwarnsignal an einem Signalausgang 230, wenn der gelesene Spannungspegel ΔU niedriger als der Grenzwert ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Mikroprozessor im Stande, den Spannungspegel ΔU mit zwei getrennten Grenzwerten zu vergleichen. Ein Grenzwert bildet einen Warnpegel, wenn eine Fehlerfunktion noch nicht aufgetreten ist, jedoch unmittelbar in der nahen Zukunft bevorsteht. Durch Vergleichen des Spannungspegels ΔU mit einem zweiten Grenzwert, der einen unteren Grenzwert bildet, kann ein Warnsignal erzeugt werden, das angibt, dass der Spannungspegel nun so niedrig ist, um sehr wahrscheinlich die Komparatoreinheit 40 daran zu hindern, ein Rechteck-Wellen- Signal zu erzeugen, das dem ursprünglichen Muster der Codierplatte entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustands eines Codierers bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Erzeugens von mindestens einem Analogsignal (A_a, B_a), dessen Amplitude in Abhängigkeit von einer Bewegung zwischen einer Codierplatte und einem Detektor geändert wird; des Erzeugens mindestens eines Impulssignal (A_d) mit der Hilfe einer Komparatorvorrichtung auf der Grundlage des Analogsignals (A_a); des Bewertens der Amplitude (ΔU) des Analogsignals (A_a); und des Erzeugens eines ersten Statussignals (V₁) auf der Grundlage der Amplitudenbewertung. Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen eines zweiten Statussignals (V₂) auf der Grundlage des Impulssignals (A_d) oder der Impulssignale (A_d, B_d), sodass eine Kombination (V₁, V₂) des ersten Statussignals (V₁) und des zweiten Statussignals (V₂) eine Fehlfunktion in der Vergleichs- oder Komparatorvorrichtung (40) aus einem verschlechterten Zustand des Codierermittels oder des Detektors erkennt.
Das zweite Statussignal gibt vorteilhafterweise an, dass das Impulssignal (A_d) oder die Impulssignale (A_d, B_d) von einem vorbestimmten Impulssignalmuster abweichen.
Das Verfahren zum Bestimmen des Zustands eines Codierers kann die Schritte des Angebens eines verschlechterten Zustands des Codiermittels oder des Detektors umfassen, wenn das erste Statussignal angibt, dass die Amplitude (ΔU) des Analogsignals (A_a) unter einem vorbestimmten Pegelgrenzwert liegt.
Das Verfahren zum Bestimmen des Zustands eines Codierers kann die Schritte des Erzeugens eines dritten Statussignals (V₃) auf der Grundlage der Amplitude des Analogsignals (A_a) und des Angebens eines stark verschlechterten Zustands des Codiermittels oder des Detektors umfassen, wenn das dritte Statussignal (V₃) angibt, dass die Amplitude (ΔU) des Analogsignals (A_a) unter einem zweiten vorbestimmten Grenzpegelwert liegt.
Das Verfahren zum Bestimmen des Zustands eines Codierers kann den Schritt des Lieferns der Statussignale an Signalausgänge (56) an dem Codierer umfassen.
Das Verfahren zum Bestimmen des Zustands eines Codierers kann den Schritt des Lieferns der Statussignale zu einem Präsentationsmittel umfassen.
Das Verfahren zum Bestimmen des Zustands eines Codierers kann den Schritt des Bestimmens (150, 160, 58) einer Qualitätsmessung auf der Grundlage der Statussignale umfassen. Das Verfahren kann dann den Schritt des Präsentierens (170, 180, 190) der bestimmten Qualitätsmessung aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Codierer bereitgestellt, der ein Codierermittel (10) und einen Detektor (20) umfasst, die in Bezug aufeinander bewegbar sind, wobei der Detektor (20) angepasst ist, um mindestens ein Analogsignal (A_a, B_a) zu erzeugen, dessen Amplitude sich mit relativen Positionsänderungen ändert. Der Codierer umfasst ferner eine Vergleichs- oder Komparatorvorrichtung (40) zum Erzeugen mindestens eines Impulssignals (A_d) auf der Grundlage des Analogsignals (A_a) und einen Amplituden-Analysator (54) zum Erzeugen eines ersten Statussignals (V₁) auf der Grundlage der Amplitude des Analogsignals (A_a). Der Codierer umfasst ferner einen Signal-Analysator (58) zum Analysieren eines zweiten Statussignals (V₂) auf der Grundlage des mindestens einen Impulssignals (A_d, B_d); wobei der Amplituden-Analysator (54) und der Signal-Analysator gekoppelt sind, sodass eine Kombination (V₁, V₂) des ersten Statussignals (V₁) und des zweiten Statussignals (V₂) eine Fehlfunktion in der Vergleichs- oder Komparatorvorrichtung (40) aus einem verschlechterten Zustand des Codierermittels oder des Detektors unterscheidet.
Der Codierer kann einen Signalausgang (90, 230, 140) umfassen; wobei der Pegel-Analysator (54) und der Signal-Analysator (58) mit dem Ausgang gekoppelt sind, um einen externen Zugriff auf die Statussignale bereitzustellen.
Der Codierer kann ein Präsentationsmittel umfassen, das mit dem Pegel-Analysator (54) und dem Signal-Analysator (58) zum Anzeigen von Statusinformation gekoppelt ist.
Der Codierer kann einen ersten Interpretierer (140) aufweisen, der mit dem Pegel-Analysator (54) und dem Signal-Analysator (58) gekoppelt ist, um eine Qualitätsmessung zu ermitteln, die die Funktionsqualität des Codierers auf der Grundlage der Statussignale angibt.
Der Codierer kann ein Diagnosemittel aufweisen, das mit dem Pegel-Analysator und dem Signal-Analysator gekoppelt ist, wobei das Diagnosemittel angepasst ist, um ein Fehlerquellenidentifikationssignal auf der Grundlage der Statussignale (V₁, V₂) zu erzeugen.

Claims

Zustandsdiagnose-Verfahren zur Verwendung bei einem Codierer, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erzeugen mindestens eines Analogsignals (A_a) in Abhängigkeit von einer Bewegung zwischen einer Codierplatte und einem Detektor; Erzeugen eines Bewegungsanzeigesignals (A_d) auf der Grundlage des Analogsignals (A_a); wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist: Bestimmen eines Signalpegels (ΔU) von dem Analogsignal (A_a), Vergleichen des Signalpegels (ΔU) mit mindestens einem Pegelschwellenwert; Erzeugen eines ersten Datensignals (V₁), wenn der Signalpegel niedriger als der Schwellenwert ist; Zählen der Anzahl von Impulsflanken oder der Anzahl von Impulsen des Bewegungsanzeigesignals (A_d) innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereiches; Vergleichen des Zählwerts mit einem vorbestimmen Schwellenzählwert; und Erzeugen eines zweiten Statussignals (V₂), wenn der Zählwert von dem Schwellenzählwert abweicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, mit dem Schritt des Erzeugens eines Bezugssignals (C_d) in Abhängigkeit von mindestens einer vorbestimmten relativen Position zwischen der Codierplatte und dem Detektor, wobei der vorbestimmte Bewegungsbereich auf der Grundlage des diskreten Bezugssignals (C_d) bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 mit dem Schritt des Erzeugens eines Diagnosecodes auf der Grundlage der Zustände des ersten Statussignals (V₁) und des zweiten Statussignals (V₂).
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem der Diagnosecode eine Warnung bezogen auf eine verschmutzte Codierplatte darstellt, wenn das erste Statussignal (V₁) aktiviert ist, während das zweite Statussignal (V₂) nicht aktiviert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem eine Fehlfunktion in der Komparatoreinheit (40) angezeigt wird, wenn das zweite Statussignal (V₂) aktiviert ist, während das erste Signal (V₁) nicht aktiviert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Zählwert mit zwei vorbestimmten Schwellenzählwerten (n_A, „0") verglichen wird, und das zweite Statussignal erzeugt wird, wenn der Zählwert von den beiden Schwellenzählwerten abweicht.
Codierer, mit einem Codiermittel (10) und einem Detektor (20), die in Bezug zueinander bewegbar sind, wobei der Detektor angepasst ist, um mindestens ein Analogsignal (A_a, B_a) zu erzeugen, dessen Amplitude sich mit relativen Positionsänderungen ändert, wobei der Codierer angeordnet ist, um ein Bewegungsanzeigesignal (A_d) auf der Grundlage des Analogsignals (A_a) zu erzeugen; wobei der Codierer gekennzeichnet wird durch: einen Amplituden-Analysator (54), der angepasst ist, um einen Signalpegel (ΔU) von dem Analogsignal (A_a) zu bestimmen, um den Signalpegel (ΔU) mit mindestens einem Pegelschwellenwert zu vergleichen, und um ein erstes Datensignal (V₁) zu erzeugen, wenn der Signalpegel niedriger als der Schwellenwert ist; einen Zähler (70), der angepasst ist, um die Anzahl von Impulsflanken oder die Anzahl von Impulsen des Bewegungsanzeigesignals (A_d) innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereichs zu zählen und um einen Zählwert als Reaktion auf das Zählen zu erzeugen; und eine Komparatorschaltung (80, 110, 120), die angepasst ist, um den Zählwert mit einem oder zwei vorbestimmten Schwellenzählwerten zu vergleichen, und um ein zweites Statussignal (V₂) zu erzeugen, wenn der Zählwert nicht dem Schwellenzählwert entspricht, oder, wenn die Komparatorschaltung angepasst ist, um den Zählwert mit zwei Schwellenzählwerten zu vergleichen, um das zweite Statussignal (V₂) zu erzeugen, wenn der Zählwert nicht irgendeinem der Schwellenzählwerte entspricht.
Codierer gemäß Anspruch 7, bei dem der Codierer angeordnet ist, um ein Bezugssignal (C_d) in Abhängigkeit von mindestens einer vorbestimmten relativen Position zwischen der Codierplatte und dem Detektor zu erzeugen, wobei der vorbestimmte Bewegungsbereich auf der Grundlage des diskreten Bezugssignals (C_d) bestimmt wird.
Codierer gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem der Codierer angeordnet ist, um einen Diagnosecode auf der Grundlage der Zustände des ersten Statussignals (V₁) und des zweiten Statussignals (V₂) zu erzeugen.