DE8025487U1 - Digitaler positionsgeber - Google Patents

Description

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10.9.1980 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7000 STUTTGART 1

Digitaler Positionsgeber
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Positionsgeber nach der Gattung des Hauptanspruches.

Aus der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 0 GOT 267 ist "bereits ein digitaler Positionsgeber zur Erfassung einer Longitudinalbewegung bekannt. Bei diesem bekannten Positionsgeber ist eine Reihe von lichtaussendenden Elementen einer Reihe von lichtempfindlichen Elementen zugeordnet, zwischen denen eine Blendenanordnung mit Ausbrüchen in Form eines logischen Musters verschieblich angeordnet ist. Bei Auslenkung dieser Blendenanordnung wird jeweils ein Teil der licht&üssendenden Elemente verdeckt, so daß an den lichtempfindlichen Elementen ein der jeweiligen Stellung zugeordnetes Bitmuster abnehmbar ist»

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Es ist weiterhin aus der" DEMOS' 2? U6 Ui* 5 ein Stellung^= detektor" bekannt} bei dein auf einer sich drehenden kreisförmigen Scheibe Köntaktbähnen in Form eines logischen Musters aufgebracht sind_ä die über zwei Schleifer abtastbar sindj wobei auf diese Weise ein den EndstellUn= gen des Stellungsdetektörs entsprechendes digitales Signal an den Schleifern abnehmbar ist.

Die bekannten Anordnungen haben jedoch den Nachteil j daß die jeweiligen Markierungen mehrspurig aufgebracht sind* so daß sich insgesamt ein komplizierter Aufbau des Sensors ergibt»

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Positionsgeber mit den kennzeichne den Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den .'er* ■ il, daß eine einspurige Markierung Verwendung findet, wodurch der Aufbau des Gebers unkompliziert wird und geringe bauliche Abmessungen erzielbar sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Positionsgebers möglich. So kann der erfindungsgemäSe Positionsgeber in vorteilhafter Weise zur Umsetzung von translatorischen oder rotatorischen Bewegungen verwendet werden, wobei im letzteren Anwendungsfall (Drehgeber) zweckmäßigerweise ein zyklischer Code für die Anordnung der Markierungen Verwendung findet. Auf diese Weise ist es in vorteilhafter Weise möglich, Drehzahlen, Winkelstellungen, Bezugsmarken oder dergleichen von drehenden Teilen, beispielsweise einer

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Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu erfassen und mit den so erhaltenen Parametern die Brennkraftmaschine zu steuern·

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Aufnahmeelemente an einem bewegten Teil angeordnet j wodurch nicht nur das der jeweiligen Position zugeordnete Bitmuster sondern auch noch zusätzliche Bit-* e

muster erfaßbar sind* die zur Funktionsprüfung des erfihdüngsgemäßen Positionsgebers ausgewertet werden.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt Und iii der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert* Es zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfinduiigsgemäßen Positionsgebers zur Erfassung translatorischer Bewegungen; Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Positionsgebers zur Erfassung rotattfrischer Bewegungen; Figur 3 eine schematische Darstellung der Ermittlung eines geeigneten Codes für die Markierungen des erfindungsgemäßen Positionsgebers bei zwei Äufnahmelementen; Figur h eine weitere derartige schematische Darstellung für vier Aufnahmeelemente.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist mit 10 ein Teil, beispielsweise ein Maschinenteil und mit 11 ein anderes Teil bezeichnet, wobei die beiden Teile 10, 11 in transversaler Richtung zueinander verschieblich angeordnet sind_s wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Dabei befinden sich auf dem einen Teil Markierungen 12 und auf dem anderen Teil 11 diesen Markierungen 12 zugeordnete Aufnahmeelemente 13, wobei die |

Anzahl der Aufnahmeelemettte 13 geringer ist als die der Markierungen 12< Die Auf tiahmeeleinente 13 sind mit einer" Dekodier schaltung lh Verbunden_s die sich in oder an dem anderen Teil 11 befindet«

t)ie Markierungen 12. sind als logische Markierungen ausge-^ iiildetj vie dies in Figur 1 durch die schraffierten und nicht schraffierten Abschnitte angedeutet ist. Dabei bedeutet etwa ein schraffierter Abschnitt eine logische 1 und ein nicht schraffierter Abschnitt eine logische 0» Die in Figur 1 dargestellten Markierungen 12 weisen *> damit den logischen Code 110011 auf* In dieser Konfiguration sind vier verschiedene Positionen des einen Teils 10 gegenüber dem anderen Teil 11 möglich, in denen den drei Aufnahmeelementen 13 jeweils Markierungen 12 mit unterschiedlichem Bitmuster gegenüberstehen. In der in Figur 1 dargestellten Position ist dies das Bitlauster 100. Weiterhin ist eine Position um einen Schritt bach links mit dem Bitmuster 110 sowie zwei Positionen nach rechts mit den Bitmustern 001 und 011 möglich. Dies bedeutet, daß bei dem gewählten Code der Markierungen 12 in jeder Position der Teile 1C, 11 zueinander ein untjrechiedliches Bitmuster erkennbar wird. Dies wird durch , geeignete Wahl des Codes der Markierung 12 erzielt, wie dies weiter unten zu den Figuren 3 und h im einzelnen erläutert wird.

Bei den erfindunsgemäßen Positionsgebern ist es möglich, für die Markierungen 12 und die Aufnahmelemente 13 geeignete Anordnungen zu verwenden, beispielsweise optische Markierungen 12 und fotoelektrische Aufnahmeelemente 13 oder magnetische Markierungen 12 und induktive Aufnahmeelemente 13 bzw. Hall-Elemente oder Reed-Schalter, weiter hin ist es möglich, geeignete Markierungen 12 mit Hilfe

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einer Fernsehkamera «.bzutasten und schließlich können die Markierungen 12 durch ieitetide/nichtleiteftde Abschnitte realisiert werden) denen als Schleifer ausgebildete Auf^ iiähmeelemente 13 gegenüberstehen ι Diese Ausführungsförmen für die Markierungen 12 und die Auf nahineelemente 13 sind Selbstverständlich nur beispielhaft genannt_s es Versteht iich von selbst., daß auch weiteres im Stand der Technik bekannte Ausführungsformen verwendet werden können·

Bei dem in Figur 2 dargestellten weiteren Ausführungsbeitpiel eines erfindungsgemäßen Positionsgebers ist wiederum ein Teil 20 einem anderen Teil 21 gegenüber angeordnet j Vobei jedoch in diesem Falle das eine feil 2Ö rotatorisch ■bewegbar isti Demzufolge sind die Markierungen 22 auf dem «inen Teil 20 auf dessen Umfang verteilt angebracht» Vährend die zugehörigen Aufnahmeeleinente 23 auf dem anderen Teil 21 tangential angeordnet sind, dih« das eine Teil 20 auf dessen Umfang umfassen. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind dabei 16 Markierungen 22 vier Aufnahmeelemente 23 zugeordnet, die wie bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Figur 1 mit tiner Dekodier schaltung 2U verbunden sind. Zusätzlich zu den genannten vier Aufnahmeelementen 23 sind noch zwei veitere Aufnahmeelemente 231, 232 vorgesehen, die mit einer Prüfschaltung 25 verbunden sind, die mit der Dekodier schaltung 2k in Wirkungsverbindung steht.

Bei dem Positionsgeber entsprechend Figur 2 stehen viederum Markierungen 22 Aufnahmeelementen 23 gegenüber und zwar in der dargestellten Position in der Weise, daß an den Aufnahmeelementen 23 das Bitmuster 0011 anliegt, wenn wiederum die nicht schraffierten Bereiche mit logisch 0 und die schraffierten Bereiche mit logisch 1 gleichgesetzt werden. Dreht sich das Teil

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um eine Position in Uhrzeigerrichtung, liegt an den Aufnahmeelementen 23 das Bitmuster 0001 an. Bei einer Drehung um eine Position in Gegenuhrzeigerrichtung wäre das Bitmuster 0111 abnehmbar. Wie weiter unten im einzelnen ausgeführt ist dabei der Code der Markierungen 22 so ausgestaltet., daß an den Aufnahmeelementen 23 in jeder der 16 Positionen des Teiles 20 ein unterschiedliches Bitmuster anliegt, wobei der Code zyklisch gestaltet ist, so daß keine Übergangsstellen entstehen und eine kontinuierliche Erfassung der Drehposition des Teiles 20 möglich ist» Dabei ist durch die 16 Markierungen 22 und die zugehörigen vier Aufnahmeelemente 23 eine feinere Unterteilung möglich, als dies bei dem in Figur 1 dargestellten Positionsgeber möglich ist, wobei jedoch betont sei, daß die in den Figuren 1 und dargestellten Codes der Markierungen 12 bzw. 22 und die Anzahl der zugehörigen Aufnahmeelemente 13 bzw. 23 nur beispielhaft dargestellt sind. So können selbstverständlich die Markierungen 22 des Drehgebers gemäß Figur 2 auch in die Ebene abgewickelt werden, so daß ein Positionsgeber gemäß Figur 1 mit entsprechend feinerer Auflösung entsteht.

Durch die zusätzlichen Aufnahmeelemente 231, 232 des Positionsgebers gemäß Figur 2 ist es möglich_s nicht nur das Bitmustei· zu erfassen, das jeweils an den Aufnahmeelementen 23 anliegt sondern darüber hinaus im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei weitere Bitmuster nämlich bei der eingezeichneten Position die Muster 0111 und 1111. Durch diese Erfassung benachbarter Bitmuster kann die Funktion des erfindungsgemäßen Positionsgebers in der Prüfschaltung 25 überwacht werden. Würde näalich erkannt, daß etwa eines der benachbarten Bitmuster gleich dem erkannteil Bitmuster ist,

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läge ein Fehler vor, da erfindungsgemäß nach dem gewählten Code der Markierungen nur unterschiedliche Bitmuster möglich sind.

Die Gestaltung eines geeigneten Codes für die Markierungen 12 bzw. 22 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Positionsgeber soll ,nun anhand der Figuren 3 und k erläutert •werden. Dabei ist in Figur 3 der Fall "berücksichtigt, daß zwei Aufnahmeelemente vorgesehen sind. In diesem Fall geht man von der zweistelligen Digitalzahl 00 aus. Man schiebt nun jeweils die Stellen nach links, wobei auf die freiwerdende rechte Stelle alternativ die Zahlen 0 oder 1 eingesetzt werden. Schiebt man, ausgehend von der Zahl wiederum die Zahl 0 nach, ergibt sich wiederum 00, wie ' dies durch den geschlossenen Pfeil angedeutet ist. Schiebt man die Zahl 1 nach, ergibt sich die Zahl 01. Von der Zahl 01 ausgehend ergeben sich in entsprechender Weise entweder die Zahl 11 oder die Zahl 10. Von 11 gelangt man entweder wiederum zu 11 oder zu 10 und von 10 gelangt man entweder zu 01 oder zu 00, wie dies durch die entsprechenden Pfeile in Figur 3 bezeichnet ist. Ein geeigneter Code für die Markierungen 12, 22 läßt sich nun in der Weise gewinnen, daß eine geschlossene Schleife der Pfeile in Figur 3 durchlaufen wird, wie dies beispielhaft durch die dick ausgezogenen Pfeile dargestellt ist, die alle auftretenden Zahlen 00, 01, 11, 10 umfassen. Dei' Code ergibt sich nun aus der jeweils rechten Stelle und zwar in der Form 0110 oder in zyklischer Darstellung ... 011001100110 ..., wie dies in der vierten Zeile in Figur 3 rechts dargestellt ist. Es können jedoch auch kleinere Schleifen durchlaufen werden, etwa die Schleife der Zahlen 01, 10, was zua Code ... 1Ö1010 ... entsprechend der ersten Zeile in Figur 3 rechts führt. Bei dieser kürzeren Schleife mit nur zwei Zahlen sind jedoch

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auch nur zwei unterschiedliche Positionen erkennbar. Entsprechend ergeben sich für Schleifen mit drei Digitalzahlen die in Zeile zwei und drei der Figur 3 rechts dargestellten Codes, bei denen drei unterschiedliche Positionen unterscheidbar sind. Bei dem eingangs erläuterten und in Zeile k dargestellten Co-de sind entsprechend vier unterschiedliche ,Positionen unterscheidbar.

In Figur k ist das der Figur 3 entsprechende Diagramm für eine dreistellige Binärzahl, entsprechend drei Aufnahmeelementen dargestellt. Die Verknüpfungen der einzelnen Binärzahlen zueinander ergeben sich wiederum in der Weise, daß die einzelnen Zahlen um eine Stelle nach links geschoben werden und die jeweils freiwerdende Stelle alternativ · wiederum durch eine logische 0 oder 1 besetzt wird. Es ergeben sich dabei eine Vielzahl von geschlossenen Schleifen, beispielsweise die dick ausgezogenen Pfeile, die den Code ... 01110100 ... ergeben, wie dies in Figur k unten aufgetragen iit. Bei diesem Code sind mit drei Aufnahmeelementen acht unterschiedliche Positionen erkennbar.

Die in Figur 3 und k dargestellten Diagramme lassen sich euch für mehrstellige Dig: talzahlen realisieren, wobei sich beispielsweise ein Code der Form 0000111101100101 ergibt, wie er mit vier Aufnahmeelementen im Positionsgeber entsprechend Figur 2 realisiert ist und die Unterscheidung von 16 verschiedenen Positionen gestattet.

In allgemeiner Forin läßt sich jedoch ein derartiger Code für die Markierungen 12, 22 auch mit Hilfe eines Zufallsgenerators erzeugen_s wie er 'beispielsweise in der Zeitschrift Electronics, 27« Mai 1966, Seite 107 "beschrieben ist. Bei dem dort beschriebenen Schieberegister mit line^ arer Rückführung werden beispielsweise zwei Stellen eines

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parallelen Ausganges auf ein Exklusiv-ODER-Gatter geführt, dessen Ausgang mit dem Eingang des Schieberegisters verbunden ist. Legt man nun Taktimpulse an das Schieberegister, wird immer dann eine 0 in das Schieberegister eingeschrieben, wenn die Exklusiv-ODER-Bedingung nicht erfüllt ist und eine 1 dann, wenn sie erfüllt ist. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem zehnstufigen Schieberegister eine Zufalls-Bit folge von 1023 Bitlängen zu erzeugen, d.h. eine Bitfolge, die in der gewünschten Weise keine sich wiederholenden Bitmuster aufweist. Zur Erzeugung eine;*, zyklischen Codes für einen Drehgeber entsprechend Figur 2 kann dann von einer mehrstelligen Binärzahl entsprechend Figur 3 oder k ausgegangen werden, wobei die jeweils von rechts nachzuschiebene Ziffer durch den Zufalls-Bitfolge bestimmt ist. Bei jedem Schritt, d.h. jedem neuen Einschreiben einer Zahl von rechts ist dabei zu prüfen, ob die gesamte Binärzahl bereits einmal vorliegt, und damit der Zyklus geschlossen ist.

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Digitaler Positionsgeber
Zusammenfassung

Es wird ein digitaler Positionsgeber zur Umsetzung der relativen Lage zveier Teile zueinander in ein elektrisches Signal vorgeschlagen. Datei "befindet sich auf dem einen Teil eine Anzahl Markierungen und auf dein anderen Teil eine geringere Anzahl von jeweils einer Markierung zugeordneten Aufnahmeelementen* Die Markierungen und die Aufnahmeelemente sind dabei jeweils in einer Reihe in Verschiebungsrichtung der Teile zueinander, die translatorisch oder rotatorisch sein kann, angeordnet, und die Folge der Markierungen ist so gestaltet, daß an den Aufnahmeelementen "bei jeder Position ein unterschie'" _iches Bitmuster anliegt.

Claims (1)

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   10.9.1980 Vt/Ja

   ROBERT BOSCH GMBH₃ 7000 Stuttgart 1

   Ansprüche

   1. Digitaler Positionsgeber zur Umsetzung der relativen Lage zweier Teile zueinander in ein elektrisches Signal,

   bei dem auf den einen Teil eine Anzahl Markierungen und euf dem anderen Teil eine geringere Anzahl von jeveils eii.er Markierung zugeordneten Aufnahmeelementen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Markiertingen (12, 22) und die Aufnahmeelemente (13, 23) jeweils in einer Reihe in 'Verschietiungsrichtung der Teile (1O_S 11; 20, 21) zueinander angeordnet sind.

   ^ ' 2. Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen (12) "bzw. Aufnahmeelemente (13) auf zwei translatorisch gegeneinander beweglichen Teilen (10, 11) angeordnet sind.

   3. Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen (2?.) bzw. Aufnahmeelemeiite (23) auf zwei fötätöl-isch gegeneinander beweglichen Teilen ₄(20, 21) angeordnet sind.