DE10117194A1

DE10117194A1 - Winkel- oder Wegmessgeber

Info

Publication number: DE10117194A1
Application number: DE10117194A
Authority: DE
Inventors: Anton Rodi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: DE10117194B4; US6525675B2; US20020145544A1

Abstract

Es wird ein Winkel- oder Wegmessgeber zur Positionsbestimmung beschrieben. DOLLAR A Zusätzlich werden die Messwertänderungen unabhängig von der Richtung der Bewegung aufsummiert und als Ergebnis des insgesamt zurückgelegten Wegs bzw. Winkels ausgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Winkel- oder Wegmessgeber mit den Merkmalen des Ober begriffs des Anspruchs 1.

Bisherige Winkel-/Wegmesssysteme geben stets relativ oder sich absolut ändernde La gepositionen an ein Steuersystem zur entsprechenden Auswertung weiter. Dies ist auch für Positionier- und Regelaufgaben ausreichend.

Will man jedoch die insgesamt zurückgelegte Wegstrecke einer Verstelleinrichtung er fassen, so hat man bisher separate Zähleinrichtungen mechanischer bzw. elektromecha nischer Art oder elektronische Zähler mit Batteriepufferung gewählt. Bekannt ist dies bei den Autos als Kilometerzähler bzw. bei Druckmaschinen als Totalisator. Bei Druckma schinen ist daraus beispielsweise sehr zuverlässig die Anzahl der getätigten Drucke an zuzeigen, was wegen der Auflagenhöhe und Gebrauchsnutzung der Maschine zuverläs sig zu erfolgen hat. In der Patentschrift DE 37 44 200 ist ein Verfahren gesicherter Spei cherung solcher Daten im Systemverbund mehrerer redundanter Elektronikkarten mit je weils nicht flüchtigen Speichern beschrieben. Dies ist bei solch komplexen Maschinen steuerungen möglich und erfordert die Systemführung bei Hard- und Software. Unabhän gig vom Aufwand, ist dies nicht einfach zu handhaben und keine universell breit einsetz bare Lösung für den Markt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach zu handhabenden, präzise ar beitenden, zuverlässigen und kostengünstigen Messwertgeber zu schaffen, der die Posi tion und den gesamten zurückgelegten Weg (Winkel) anzeigt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche beinhalten Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Der erfinderische Gedanke macht sich zunutze, dass durch einen neuen Absolutgeber für Weg- und Winkelmessungen, gemäß schweizer Patentanmeldungen 2105/99 die ge samte Signalverarbeitung im Sensor selbst stattfindet und dass Datenausgaben von na hezu beliebiger Informationslänge bewerkstelligbar sind. Dies ist nicht unwesentlich, da z. B. eine Werkzeugmaschine im Grenzfall im Zweischichtbetrieb ca. 3000 Betriebsstun den pro Jahr zurücklegt und mit der mittleren Drehzahl von ca. 1000 U/min in 10 Jahren etwa U = 10.(3.10³).(1.10³).60 = 2.10⁹ Umdrehungen macht, was U = 2³¹ Umdrehun gen bedeutet. Dies würde eine 31-stellige Binärausgabe benötigen.

Nun bewegen sich moderne Servoantriebe mit sehr hohen Beschleunigungen in unter schiedlichen Bewegungsrichtungen, zum Teil auch nur um einen bestimmten Positions wert mit vielen kleinen Teilstrecken herum, sodass deren Winkel-/Wegerfassung eine aufwendige Sensorsignal-Übertragung bedeuten und eine leistungsfähige externe Steue rung verlangen würde.

Gemäß der Erfindung werden die sich ändernden Positionswerte mit Messwerten klei ner/gleich einem Messbereich - im einfachsten Fall eine 360°-Umdrehung - in einem Winkel-/Weggeber stets aufsummiert und in Winkel-/Wegeinheiten entsprechend dem Messbereichs bei Bedarf zur Ausgabe bereitgestellt. Die so ermittelten Winkel-/Weg- Strecken sind gegen Netzunterbrechungen zweckmäßigerweise nicht flüchtig zu spei chern, sodass beim Wiedereinschalten der letzte aufsummierte Winkel-/Wegmesswert zur Ausgabe über eine serielle Schnittstelle mit ausreichenden Binärstellen bereitsteht. Hier bietet sich die SSI-Schnittstelle an, die bedarfsgerecht die Daten schnell bereitstel len kann und bereits bei absolutmessenden Sensorsystemen einen Industriestandard bil det.

Dort, wo auch bei abgeschalteter Netzversorgung die Wegstrecken zu erfassen sind, sind z. B. Winkel-/Wegmessungen im Batteriebetrieb notwendig. Diese Wünsche sind im industriellen Einsatz jedoch weniger bedeutend, als die zunehmende Betriebsart der Po sitionierung innerhalb von z. B. 360° und die entsprechend fein zu erfassenden kleinen Wegstrecken, die aufsummiert werden sollen. So erreicht man die tatsächlich zurückge legte Winkel-/Wegstrecke, die für vielfältige Zwecke der Maschinenwartung, z. B. Schmierzyklen, Benutzungsgrad und auch für Garantiewerte herangezogen werden kön nen. Besonders wirtschaftlich ist so ein Winkel-/Wegmessstreckensystem, wenn es als Bestandteil in einem Absolutwinkel-/Wegmesssystem realisiert ist. Obwohl das erfinderi sche Verfahren die kleinste zu erfassende Wegstrecke des Messsystems mit beinhaltet, kann es dennoch zweckmäßig sein, nicht das letzte Bit der Auflösung eines Absolutge bers dafür zu verwenden. Wenn ein Messsystem gerade an einer definierten Stelle der Auflösungsgrenze steht, so werden Werte aufsummiert, die nicht der zurückgelegten Wegstrecke entsprechen, da sich die letzte Zählstrecke z. B. eines Binärwertes vielfach um gerade 1 Bit ändert, ohne den adäquaten Weg auch zurückzulegen. In der Praxis sind z. B. Winkel-/Wegstrecken von kleiner 10-Bit-Auflösung eines Messbereichs - was einen Winkel von 1/3° bei einem Messbereich von 360° entspricht - im Verhältnis zum zurückgelegten Gesamtweg bedeutungslos.

Es gibt die vielfältigsten Winkel- und Wegmesssysteme, die sich auf unterschiedlichste Wegstrecken beziehen. So werden Drehgeber in Multiturn-Ausführung gebaut, die die Position innerhalb einer geschlossenen 360°-Drehung mit der Anzahl von der Aus gangslage richtungsabhängig bewerteter Umdrehungen (mehrfach 360°) angeben. Auch sind Winkel- und Wegmesssysteme bekannt, die einen Messbereich innerhalb von einer Umdrehung, d. h. kleiner 360° haben. Auch sind inkrementale Längenmesssysteme und zunehmende Absolutmesssysteme bekannt, die sich auf eine endliche Wegstrecke be ziehen.

Sind mehrere solche Winkel-/Wegmessgeber im Einsatz in einer Anlage, in einem Gerät oder z. B. bei einem Roboter, so sind Plausibilitäts-Vergleiche bei den zurückgelegten Winkel-/Wegstrecken durchführbar. Auch sind in solchen Fällen durch Redundanz die Winkel-/Wegmesserfassungen bei Geberausfall sehr zuverlässig gestaltbar.

Der erfinderische Grundgedanke ist für alle Sensorausführungen anwendbar und insbe sondere bei den neuen Absolut-Winkel-/Wegmesssystemen, die vielfache Voraussetzungen für die Signalverarbeitung der Positionswerte sowie den Datentransfer der er mittelten Wegstrecken bieten.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der wesentlichen Merkmale der Erfindung dargestellt. Dort ist mit 1 ein Messwertgeber bezeichnet, der bei Bewegung Impulse abgibt, die in einem Vorwärts-Rückwärtszähler 2 unter Berücksichti gung der Bewegungsrichtung aufaddiert werden. Hieraus ergibt sich die Position des Gebers innerhalb des zu überwachenden Bereichs. Diese Positionsangabe wird über ei nen seriellen Ausgang 3 der Geberanordnung nach außen weitergegeben und dort wei terverarbeitet. Die abhängig von der Bewegungsrichtung auf den Leitungen 1a und 1b abgegebenen Impulse werden auch einem Zähler 4 zugeführt, der alle Impulse unabhän gig von der Bewegungsrichtung aufaddiert und somit ein Ergebnis liefert, das dem insge samt zurückgelegten Winkel oder Weg entspricht. Dieses Ergebnis wird bei Abschalten der Anlage gespeichert, weshalb ein Kondensator, bzw. eine Batterie 5 vorgesehen ist. Über einen seriellen Ausgang 6 kann das aufgelaufene Ergebnis abgerufen werden.

Nicht näher erläutert ist die Ausgabe der zurückgelegten Winkel- bzw. Wegstrecke des Sensors 7 über eine serielle Schnittstelle 8, die für die Ausgabe der jeweiligen Absolut messwerte dient. Von einer Steuerung 9 sind bestimmte Parameter, bzw. Befehlskom mandos übermittelbar und über die gleiche serielle Schnittstelle die entsprechenden Da ten abrufbar, z. B. hier die Position und/oder die zurückgelegte Weg-/Winkelstrecke.

Claims

1. Winkel- oder Wegmessgeber zur Bestimmung der Position eines beweglichen Teils durch Auswertung der nach Bewegungsrichtung erfassten Messwertänderungen (in 2) und seriellen Ausgabe der so ermittelten Position in Binärform (über 3), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich alle Messwertänderungen unabhängig von der Bewegungsrichtung aufsummiert (in 4) und die Summe zur Verfügung gestellt wird (bei 6).

2. Winkel- oder Wegmessgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich sich auf einen geschlossenen Winkel von 360° bezieht.

3. Winkel- oder Wegmessgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich sich auf eine Teil-Winkel-/Wegstrecke bezieht, wobei die endliche Gesamtwinkel-/Wegstrecke sich aus mehr als einer der erfassbaren Teil-Winkel-/ Wegstrecken zusammensetzt.

4. Winkel- oder Wegmessgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die so ermittelten Summen nicht flüchtig gespeichert werden (in 4).