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DE2811807A1 - Digital coder for angular position of shaft - employs vernier principle and has photoelectric devices to provide accurate measurement - Google Patents

Digital coder for angular position of shaft - employs vernier principle and has photoelectric devices to provide accurate measurement

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Publication number
DE2811807A1
DE2811807A1 DE19782811807 DE2811807A DE2811807A1 DE 2811807 A1 DE2811807 A1 DE 2811807A1 DE 19782811807 DE19782811807 DE 19782811807 DE 2811807 A DE2811807 A DE 2811807A DE 2811807 A1 DE2811807 A1 DE 2811807A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pattern
individual markings
individual
code disk
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19782811807
Other languages
German (de)
Inventor
Joachim Dr Ing Wernicke
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of DE2811807A1 publication Critical patent/DE2811807A1/en
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Abstract

The shaft encoder contains a disc (1) fixed to a shaft (2) running in bearings (3). Light from the annular sources (51, 52) impinges on the ring of detectors(41) through two concentric rings of slots (11, 12) in the disc. The outer (Vernier) ring has equidistantly-spaced slots whereas the inner (Key bit) ring has not. Signals from the photodetectors (41) and clock (7) are processed in logic circuits (9) to give the angular position of the shaft. The high redundancy of linear coding provides both good resolution and some self-correction and fault diagnosis if a sensor fails.

Description

Digital-absoluter inkelkodierer nach dem Nonius-Prinzip Die Erfindung betrifft einen digital-absoluten Winkelkodierer, der zur elektrisch-digitalen Messung der analogen mechanischen Winkelstellung einer drehbaren Welle im anschlagsfreien Vollkreisbereicqh von 0° bis 3600 vorgesehen ist. Digital absolute angular encoder based on the vernier principle. The invention relates to a digital-absolute angle encoder for electrical-digital measurement the analog mechanical angular position of a rotatable shaft without a stop Full circle range from 0 ° to 3600 is provided.

Digital-absolute Winkelkodierer werden in der Prozeßtechnik zur elektrischen Messung von mechanischen Bewegungen insbesondere dann benutzt, wenn elektrisch-digitale Ausgangsdaten erforderlich sind.Digital absolute angle encoders are becoming electrical ones in process engineering Measurement of mechanical movements especially used when electrical-digital Output data are required.

Es ist bekannt, daß digital-absolute Winkelkodierer jeweils aus einer drehbaren Codescheibe und einer feststehenden Anordnung von Abtastsensoren aufgebaut sind. Die Codescheibe trägt ein geometrisches Muster; dieses Muster ist in einer beliebigen physikalischen [viaterialeigenschaft eingeprägt, für welche die Abtastsensoren empfindlich sind, üblicherweise elektrische Leitfähigkeit bei Kontaktburstenabtastung, optische Transparerz bei photoelektrischer Abtastung oder Magnetisierungsstärke bei magnetischer Abtastung. Die Abtastsensoren sind im einfachsten Falle, der den geringsten Aufwand an Abtastsensoren und Signalauswertung erfordert, in einer genau ausgerichteten radialen Zeile angeordnet, deren einzelne Abtastsensoren jeweils ein Bit Information des Meadatenousganges erzeugen,und denen auf der Codescheibe ein Kreisspurenmuster mit von Spur zu Spur unterschiedlicher sektorieller Teilung entsprechend einem nicht- oder wenig-redundanten bina#ren Code zugeordnet ist, meist der Gray-Code, vielfach auch der natürliche inärcode oder ein BCD-rode.It is known that digital absolute angle encoder each from one rotatable code disk and a fixed arrangement of scanning sensors are. The code disk has a geometric pattern; this pattern is in a any physical material property for which the Scanning sensors are sensitive, usually electrical conductivity with contact brush scanning, optical transparency with photoelectric scanning or magnetization strength with magnetic scanning. The scanning sensors are in the simplest case, the requires very little effort in terms of scanning sensors and signal evaluation, in one exactly aligned radial line arranged, the individual scanning sensors each generate one bit of information of the Meadatenousganges, and those on the code disk a circular track pattern with a sectoral division that differs from track to track is assigned according to a non-redundant or less redundant binary code, mostly the gray code, often also the natural binary code or a BCD rode.

Es ist bekannt, daß alternativ zu den wenig redundanten binären Codes auch lineare Codes zur Anwendung kommen: Die Codescheibe trägt als spezielles Muster nur eine einfache Einzelmarkierung. Zur Abtastung ist eine Anzahl N von Sensoren in einfacher gleichmäßiger äquidistanter konzentrischer Kreisanordnung vorhanden, so daß stets ein, maximal jedoch zwei Abtastsensoren die Nähe der Einzelmarkierung auf der Codescheibe melden. Durch eine "1-aus-N"-Dekodierungs-Schaltung erfolgt die Identifizierung der gesuchten momentanen Stellung der Eingangswelle mit der Winkelauflösung 3600/N. Dieser Linearcode ist hochredundant im Hinblick auf die Ausnutzung der Abtastsensoren, indem die N Abtastsensoren im Linearcode nur (log2 N) Bit Meßinformation liefern, wohingegen die gleiche Anzahl N von Sensoren im Binärcode maximal N Bit #eßinformation ergibt. Dafür hat derLinearcode gegenüber dem Linearcode den Vorteil, keine LJinkelgleichlauf-Abstimmung zwischen mehreren Abtastspuren zu erfordern.It is known that as an alternative to the less redundant binary codes Linear codes are also used: The code disk has a special pattern just a simple single mark. There is a number N of sensors for scanning present in a simple, even, equidistant, concentric circle arrangement, so that there is always one, but a maximum of two scanning sensors in the vicinity of the individual marking report on the code disk. This is done by a "1-out-of-N" decoding circuit the identification of the current position of the input shaft sought with the Angular resolution 3600 / N. This linear code is highly redundant with regard to the Utilization of the scanning sensors by using the N scanning sensors in the linear code only (log2 N) bits supply measurement information, whereas the same number N of sensors in binary code results in a maximum of N bit measurement information. For this, the linear code has compared to the linear code the advantage of not allowing angular synchronization between several scanning tracks require.

Die bekannten digital-absoluten Winkelkodierer haben eine Reihe von Nachteilen: 1, Binär-kodierte Winkelkodierer erfordern sehr hohe Fertigungsgenauigkeiten, insbesondere in der Ausrichtung der Abtastsensoren und der Ausführung des feingliedrigen Musters der Codescheibe. Bei Ausfall eines Abtasto sensors ist die Gesamtfunktion des Winkelkodierers ohne Diagnose- und Korrekturmöglichkeit gestört; redundante Mehrfachanordnung der Abtastelemente ist aus Platz und Genauigkeitsgründen nicht ohne weiteres möglich.The well-known digital absolute angle encoders have a number of Disadvantages: 1, Binary-coded angle encoders require very high manufacturing accuracy, especially in the alignment of the scanning sensors and the execution of the delicate Pattern of the code disk. If a scanning sensor fails, the overall function is of the angle encoder disturbed without the possibility of diagnosis and correction; redundant Multiple arrangement of the scanning elements is not necessary for reasons of space and accuracy easily possible.

2. Linear-kodierte Winkelkodierer erreichen hohe Winkelauflösungen nur mit sehr großen Anzahlen von Abtastsensoren, Bei Ausfall eines Abtastsensors ist die Gesmtfunktion des Winkelkodierers ohne Diagnose- und Korrekturmöglichkeit gestört. Eine redundante Mehrfachanordnung der Abtastelemente vergrößert den ohnehin sehr hohen Aufwand an Abtastsensoren. 2. Linear-coded angle encoders achieve high angular resolutions only with very large numbers of scanning sensors, in the event of failure one The scanning sensor is the overall function of the angle encoder without the possibility of diagnosis and correction disturbed. A redundant multiple arrangement of the scanning elements enlarges the anyway very high expenditure on scanning sensors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digital-absoluten Winkelkodierer auf der Grundlage des Linearcodes zu schaffen, der bei gegebener Anzahl N von Abtastsensoren die hohe Redundanz des Linearcodes ausnutzt, um bei Ausfall eines Abtastsensors eine Fehlerdiagnose und -Korrektur zu gestatten und zugleich eine höhere Meßauflösung zu erzielen.The invention is based on the object of a digital absolute To create angle encoder on the basis of the linear code, which is given Number N of scanning sensors exploits the high redundancy of the linear code in order to achieve Failure of a scanning sensor to allow error diagnosis and correction and at the same time to achieve a higher measurement resolution.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Winkelkodierer eine feststehende gleichmäßige äquidistante geschlossene Ringanordnung von N gleichartigen Abtastelementen im Winkelabstand von 36D0/N auf einer mit der Eingangswelle konzentrischen Kreisspur vorhanden ist, der eine drehbare Codescheibe mit einem speziellen Muster gegenübersteht; dieses spezielle Muster ist die Überlagerung zweier Teilmuster: 1. eine nicht-rotationssymmetrische Gruppe von Einzelmarkierungen, die im Winkelabstandsmaß 36D0/N der Abtastsensoren, jedoch nicht regelmäßig und nur über einen Sektorausschnitt des ollkreises angeordnet sind; dieses im folgenden in anschaulicher Analogie als Schlüsselbart-Muster bezeichnete Teilmuster dient zur Grobmessung der Winkelstellung.According to the invention, this object is achieved in that in the angle encoder a fixed, uniform, equidistant, closed ring arrangement of N similar Scanning elements at an angular distance of 36D0 / N on one concentric with the input shaft There is a circular track of a rotatable code disk with a special pattern faces; this special pattern is the superposition of two sub-patterns: 1. a non-rotationally symmetrical group of individual markings that are angularly spaced 36D0 / N of the scanning sensors, but not regularly and only over a sector section of the full circle are arranged; this in the following in clear analogy as Partial pattern labeled key bit pattern is used for the rough measurement of the angular position.

2 eine rotationssymmetrische-äquidistante Ringanordnung von (N+1) gleichartigen Einzelmarkierungen im Winkelabstand 36D0/(N+1); dieses im folgenden in anschaulicher Analogie als "Noniusmuster" bezeichnete Teilmuster dient zur Feinmessung der Winkelstellung. 2 a rotationally symmetrical, equidistant ring arrangement of (N + 1) similar individual markings at angular distance 36D0 / (N + 1); this In the following, in a clear analogy, the partial pattern is referred to as the "vernier pattern" serves for the fine measurement of the angular position.

Die den beiden Teilmustern angehörenden Mengen von Einzelmarkierungen rufen in den Abtastsensoren unterscheidbare Signale hervor, in der Weise, daß ein beliebiger Abtastsensor aus der Menge von N Sensoren durch einen Signal-Diskriminationsvorgang jeweils eine der folgenden vier möglichen diskreten Meldungen abgibt: 1. keine Einzelmarkierung präsent 2. nur eine Einzelmarkierung des ~?Schlüsselbart musters" präsent 3. nur eine Einzelmarkierung des "Noniusmusters" präsent 4. sowohl eine Einzelmarkierung des 11Schlüsselbartmusters" als auch eine Einzelmarkierung des "Noniusmusters" präsent Die Gesamtheit der von dem 11Schlusselbartmuster11 der Codescheibe in der Ringanordnung der N Abtastsensoren hervorgerufenen diskreten Meldungen wiederholt sich mit jeder Umdrehung der Eingang welle, d#h. ist periodisch mit 3600. Die Gesamtheit dieser N Meldungen ist eindeutig der Stellung der Eingangswelle,mit einem Uinkelauflösungsvermögen von 36n0/N, zugeordnete Durch logische Dekodierung kann aus der Gesamtheit der N diskreten Meldungen die momentane Grob-Winkelstellung, nämlich eine von N möglichen äquidistanten Stellungen im Vollkreis identifiziert werden Die Gesamtheit der von dem '8Noniusmuster'2derderCodescheibe in der Ringzeile der N Abtastsensoren hervorgerufenen N diskreten Meldungen wiederholt sich nach jeder Drehung der Eingangswells um den Winkel 360°/(N+1), da das wellenförmige Schwebunosmuster aus der Überlagerung (Interferenz) der äquidistanten gleichmäßigen Kreisteilung von N Abtastsensoren und der äquidistanten regelmäßigen Kreisteilung von (N+1) Einzelmarkierungen des Noniusmusters innerhalb des Drehwinkelintervalles 36D0/(N+1) einen Vollkreis durchläuft. Die Gesamtheit dieser N diskreten Meldungen ist somit eindeutig der Stellung der Eingangswelle innerhalb des Intervalles 360°/(N+1) mit der Winkelauflösung 3600/N'(N+1) zugeordnet. Durch logische Dekodierung kann aus der Gesamtheit der N diskreten Meldungen die momentane Fein-Winkelstellung, nämlich eine von N Stellungen,#identifiziert werden.The sets of individual markings belonging to the two partial patterns cause distinguishable signals in the scanning sensors, in such a way that a any scanning sensor from the set of N sensors by means of a signal discrimination process emits one of the following four possible discrete messages: 1. no individual marking present 2. only a single marking of the ~ "key bit pattern" present 3. only a single marking of the "Nonius pattern" is present 4. both a single marking of the 11 key bit pattern "as well as a single marking of the" Nonius pattern "is present The entirety of the 11 key mustache pattern 11 of the code disk in the ring arrangement discrete messages evoked by the N scanning sensors are repeated with each Revolution of the input shaft, d # h. is periodic with 3600. All of these N messages is clearly the position of the input shaft, with an angular resolution of 36n0 / N, assigned By logical decoding, from the totality of the N discrete messages the current coarse angular position, namely one of N possible equidistant positions to be identified in the full circle The entirety of the the '8Nonius pattern'2 of the code disk in the ring line of the N scanning sensors N discrete messages are repeated after each rotation of the input shaft about the Angle 360 ° / (N + 1), since the undulating hover pattern from the Superposition (interference) of the equidistant, even circular division of N scanning sensors and the equidistant regular circular division of (N + 1) individual markings of the Vernier pattern runs through a full circle within the angle of rotation interval 36D0 / (N + 1). The totality of these N discrete messages is thus clearly the position of the Input shaft within the interval 360 ° / (N + 1) with the angular resolution 3600 / N '(N + 1) assigned. Logical decoding enables the total of the N discrete messages the current fine angular position, namely one of N positions, # identified will.

Dieser Vorgang der Cenauigkeitssteigerung durch eine Feinmessung ist der gleiche wie bei der Noniusablesung des Längenmaßstabes eines gebräuchlichen Werkstatt-Meßwerkzeuges, etwa einer Schiebelehre.This process of increasing accuracy through a fine measurement is the same as with the vernier reading of the length scale of a common one Workshop measuring tool, such as a caliper.

Die Gesamtheit der Grob- und Feinmessung der Winkelstellung erbringt somit eine Winkelauflösung von 3600/N2.The totality of the coarse and fine measurement of the angular position provides thus an angular resolution of 3600 / N2.

Gemäß der weiteren Erfindung ist das "Schlüsselbartmuster" auf der Codescheibe als unregelmäßige Folge von Einzelmarkierungen und Lücken (d.h. Positionen ohne Einzelmarkierungen) im Winkelabstandsmaß 3600/N derart redundant ausgeführt, daß die Dekodierung der momentanen Stellung der Eingangswelle aus den N Sensor-Meldungen von Einzelmarken des Schlüsselbartmusters auch dann eindeutig bleibt, wenn eine oder mehrere Sensormeldungcnfehlerhaft ist, beispielsweise aufgrund eines Versagens von einzelnen Sensoren, daß aber in diesen Fällen in der Dekodierung ein zusätzliches Ausgangssignal erzeugt wird, welches das Auftreten mindestens eines Sensorfehlers anzeigt. Die Messung der Grobstellung der Eingangswelle ist durch diese Redundanzmaßnahme selbsttätig fehlerkorrigierend und selbstdiagnostizierend.According to the further invention, the "key bit pattern" is on the Code disk as an irregular sequence of individual marks and gaps (i.e. positions without individual markings) with an angular distance of 3600 / N designed redundantly in such a way that that the decoding of the current position of the input shaft from the N sensor messages of individual brands of the key bit pattern remains unambiguous even if one or several sensor messages are erroneous, for example due to a failure of individual sensors, but in these cases an additional one in the decoding Output signal is generated, which indicates the occurrence of at least one sensor error indicates. The measurement of the rough position of the input shaft is made possible by this redundancy measure self-correcting and self-diagnosing errors.

Gemäß der weiteren Erfindung kann anstelle der Anzahl (N+1) der äquidistanten Einzelmarkierungen des "Noniusmusters" auf der Codescheibe eine Anzahl (N+A) solcher markierungen vorhanden sein, .wobei A eine positive oder negative Zahl ungleich Null vom Betrage IAI<N ist. Auch eine solche Anordnung erbringt eine Feinmessung der Winkelstellung der Eingangswelle, wenngleich mit geringerer Auflösung als im Falle der Anzahl (N+1) Einzelmarkierungen.According to the further invention, instead of the number (N + 1) of equidistant Individual markings of the "Nonius pattern" on the code disk a number (N + A) of such markings are present, where A is a positive or negative number unequal IAI <N is zero. Such an arrangement also provides a fine measurement the angular position of the input shaft, albeit with a lower resolution than in Case of the number (N + 1) individual markings.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch die zusätzliche Noniusablesung mit Hilfe des Noniusmusters die Meßauflösung des linearkodierten Winkelkodierers bei vorgegebener Anzahl von Abtastsensoren gegenüber der Meßauflösung einfacher linearkodierter Winkelkodierer erheblich gesteigert ist: insbesondere wird der Informationsinhalt des Winkelmeßwertes von (log2 N) auf 2s(log2N) verdoppelt. Weiterhin nutzt die Erfindung die hohe Redundanz des Linearcode aus, um eine selbsttätige Sensorfehler-Korrektur und Sensorfehler-Diagnose bei der Winkelgrobmessung auszuführen. Darüberhinaus führt der Ausfall einzelner Abtastsensoren auch in der Fein;-messung nur zu einer kleinen Störung, die maximal eine Meßwertverfälschung um einige Feinauflösungsschritte zur Folge hat; das angewandte Nonius-Meßprinzip ist somit fehlertolerant gegen vereinzelte Sensorfehler, sofern das oder die betragskleinsten Bits des Meßdatenwortes außer Betracht bleiben, je nachdem, ob ein oder mehrere Sensorfehler toleriert werden sollen.The advantages achieved by the invention are that by the additional vernier reading with the help of the vernier pattern the measurement resolution of the linear encoded angle encoder with a given number of scanning sensors the measurement resolution of simple linear-coded angle encoders is significantly increased: in particular, the information content of the measured angle value is increased from (log2 N) to 2s (log2N) doubled. Furthermore, the invention uses the high redundancy of the linear code, an automatic sensor error correction and sensor error diagnosis in the rough angle measurement to execute. In addition, the failure of individual scanning sensors also leads to the Fine; measurement only to a small disturbance, the maximum of one measured value falsification about some fine resolution steps; the applied vernier measuring principle is thus fault-tolerant against isolated sensor errors, provided that the amount or the smallest Bits of the measurement data word are disregarded, depending on whether one or more Sensor errors should be tolerated.

Die geometrische Fehlplazierung eines oder mehrerer Abtastsensoren innerhalb der winkeläquidistanten Ringanordnung der N Abtastsensoren hat maximal die gleiche meßwertverfalschende Wirkung wie einzelnes Meßwertversagen, so daß die Meßgenauigkeit des Winkels kodisrers von dem Grad der Regelmäßigkeit der gesamten Ringanordnung von Abtastsensoren, nicht jedoch von der örtlichen Positionsgenauigkeit des individuellen Abtastelementes abhängt; in dieser Eigenschaft liegt ein wesentlicher Vorteil gegenüber binär-kodierten Winkelkodierern; diese Eigenschaft hat die Konsequenz, daß der Winkelkodierer mit großen Fertigungstoleranzen hergestellt werden kann beziehungsweise daß Sensorbauteile mit ungenau bekannter örtlicher Empfindlichkeitsverteilung verwendet werden dürfen.The geometric misplacement of one or more scanning sensors within the angular equidistant ring arrangement of the N scanning sensors has a maximum has the same falsifying effect as a single failure of the measured value, so that the Measurement accuracy of the angle kodisrers on the degree of regularity of the whole Ring arrangement from scanning sensors, but not from the local positional accuracy of the individual Sensing element depends; in this property there is a significant advantage over binary coded angle encoders; this property has the consequence that the angle encoder can be manufactured with large manufacturing tolerances or that sensor components with an inexactly known local sensitivity distribution may be used.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Figur 1 zeigt eine mögliche Anordnung der Bauglieder des digital-absoluten Winkelkodierers nach dem Noniusprinzip mit N=64 photoelektrischen Abtastsensoren und optischer Codescheibe sowie Zeitmultiplex- Signaldiskriminierung der Sensormeldungen von Einzelmarkierungen des Schlüsselbartmusters und des"Noniusmusters" für die maximale Winkelmeßauflösung von 3600/4096 (=360°/ 1212).Figure 1 shows a possible arrangement of the components of the digital absolute Angle encoder based on the vernier principle with N = 64 photoelectric scanning sensors and optical code disk as well as time-division multiplex signal discrimination of the sensor messages of individual markings of the key bit pattern and the "vernier pattern" for the maximum Angular measurement resolution of 3600/4096 (= 360 ° / 1212).

Figur 2 zeigt das optische Muster der Codescheibe für die in Figur 1 dargestellte Anordnung.FIG. 2 shows the optical pattern of the code disk for the in FIG 1 shown arrangement.

Figur 3 zeigt eine lineare Abwälzung des "Schlüsselbartmusters" der Codescheibe aus Figur 2.FIG. 3 shows a linear scaling of the "key bit pattern" of FIG Code disk from Figure 2.

Die optische Codescheibe 1 ist mit der Eingangswelle 2 fest verbunden. Die Eingangswelle 2 ist im gehäusefesten Lager 3 frei drehbar gelagert. Die Codescheibe 1 besteht aus transparentem Material und trägt ein optisches Schwärzungsmuster, das aus zwei in konzentrischen Spuren angeordneten Teilmustern, dem "Schlüsselbartmuster" 11 und dem "Noniusmuster"12, besteht.The optical code disk 1 is firmly connected to the input shaft 2. The input shaft 2 is freely rotatably mounted in the bearing 3 fixed to the housing. The code disk 1 is made of transparent material and has an optical blackening pattern, that consists of two partial patterns arranged in concentric tracks, the "key bit pattern" 11 and the "Nonius pattern" 12.

Konzentrisch um die Eingangswelle 1 am Gehäuse 31 befestigt befindet sich der Abtastsensorträger 4, der eine äquidistante gleichmäßige konzentrische Ringzeile von N gleichartigen photoelektrischen Abtastsensoren 41 im Winkelabstandsmaß 3600/N trägt, von denen zwei in der Zeichnung im Schnitt sichtbar sind. Diese N Abtastsensoren 41 liefern N unabhängige diskrete Sensorsignale über Signalleitungen 42, von denen zwei in der Zeichnung dargestellt sind. Die Signale der photoelektrischen Abtastsensoren werden hervorgerufen durch zwei konzentrische lineare Ringlichtquellen 51 und 52, die aus der Stromquelle 6 gespeist werden und von dem Taktgeber 7 mittels des Umschalters 8 im Wechseltakt so geschaltet werden, daß jeweils nur eine Lichtouelle, 51 oder 52, Licht emittiert und somit die Abtastsensorzeile 41 durch den konisch schrägen Lichteinfall eine Lichtverteilung meldet, die abwechselnd durch Intensitätsmodulation von dem Teilmuster 11 oder dem Teilmuster 12 hervorgerufen wird. Die Meßwert-Dekoderlogik-Schaltung 9, bestehend aus UND-, ODER- und NICHT-Gattern und logischen Speichergliedern, setzt die über die Sensorsignalleitungen 42 einkommenden Signale zusammen mit dem Taktsignal 71 in das Meßausgangssignal 10 um, das eindeutig Winkelstellung der Eingangswelle angibt.Concentric around the input shaft 1 on the housing 31 attached is the scanning sensor carrier 4, which is an equidistant, uniform, concentric Ring line of N similar photoelectric scanning sensors 41 at an angular distance 3600 / N, two of which are visible in section in the drawing. This N Scanning sensors 41 supply N independent discrete sensor signals over signal lines 42, two of which are shown in the drawing. The signals of the photoelectric Scanning sensors are caused by two concentric linear ring light sources 51 and 52, which are fed from the power source 6 and from the clock 7 by means of of the switch 8 can be switched in alternation so that only one light source, 51 or 52, emits light and thus the scanning sensor line 41 through the conical inclined incidence of light reports a light distribution that alternates through intensity modulation is caused by the partial pattern 11 or the partial pattern 12. The measured value decoder logic circuit 9, consisting of AND, OR and NOT gates and logical storage elements, sets the signals arriving via the sensor signal lines 42 together with the clock signal 71 in the measurement output signal 10 to, which is clearly the angular position of the input shaft indicates.

Das in Figur 2 dargestellte Schwärzungsmuster der Codescheibe 1 besteht aus dem unregelmäßigen konzentrischen Muster 11 ("Schlüsselbartmuster"), das auf der inneren Spur für die Abtastung durch N=64 Sensoren aus Einzelmarkierungen im Winkelabstandsraster von 3600/64 besteht, und aus dem regelmäßigen konzentrischen Muster 12 (1lNoniusmuster'1), das auf der äußeren Spur angeordnet ist und (N+1)=65 äquidistante Einzelmarkierungen trägt.The blackening pattern of the code disk 1 shown in FIG. 2 consists from the irregular concentric pattern 11 ("key bit pattern") that on the inner track for scanning by N = 64 sensors from individual markings in the Angular spacing grid consists of 3600/64, and the regular concentric Pattern 12 (11Nonius pattern'1), which is arranged on the outer track and (N + 1) = 65 carries equidistant individual markings.

Die in Figur 3 gezeigte lineare Abwälzung des Teilmusters 11 ("Schlüsselbartmuster") der Codescheibe ist erfindungsgemäß eine Anordnung von 4 Einzelmarkierungen und 6 Lücken (=fehlende Einzelmarkierungen) über 10 aneinandergrenzende Winkelintervallschritte im Abstandsmaß 3600/64 in folgender Abfolge (M=Einzelmarkierung, L= Lücke) M-L-M-L-L-M-L-L-L-M sowie (N-10)=54 weiteren Lücken zur Auffüllung des Vollkreises; diese sind nicht in der Zeichnung dargestellt, sondern nur der wesentliche Teil des Teilmusters 11 ist gezeigt. Dieses Teilmuster 11 ist in der Weise redundant, daß beim Auftreten eines einzelnen Fehlers (Fehlsignal anstelle von Lücke oder Nullsignal anstelle von Signal) in fehlerkorrigierender Wirkung in der Dekodierungslogikschaltung das fehlerfreie Signalmuster aus dem gestörten Restrnuster vollständig rekonstruierbar ist.The linear rolling of the partial pattern 11 ("key bit pattern") shown in FIG. the code disk is according to the invention an arrangement of 4 individual markings and 6 gaps (= missing individual markings) over 10 adjacent angular interval steps at a distance of 3600/64 in the following order (M = single marking, L = gap) M-L-M-L-L-M-L-L-L-M and (N-10) = 54 further gaps to fill the full circle; these are not shown in the drawing, but only the essential part of the partial pattern 11 is shown. This partial pattern 11 is redundant in such a way that when it occurs of a single error (false signal instead of gap or zero signal instead of of signal) in error-correcting effect in the decoding logic circuit error-free signal pattern can be completely reconstructed from the disturbed residual pattern is.

Hinsichtlich des Funktionsprinzipes der Erfindung ist es gleichgültig, in welcher physikalischen Materialeigenschaft die abzutastenden Teilmuster in der Codescheibe eingeprägt sind, nach welchen Sensortechniken sie abgetastet werden, ob die Codescheibe in abgewandelter geometrischer Form, etwa als zylindrische Trommel,ausgeführt ist und in welcher Weise die Signaldiskriminierung bei der Unterscheidung der beiden Teilmuster erfolgt, beispielsweise durch Amplitudendiskriminierung (Impulshöhendiskriminierung), geometrische Diskriminierung, Zeit- oder Frequenzdiskriminierung.With regard to the functional principle of the invention, it does not matter in which physical material property the partial pattern to be scanned in the Code disks are embossed, according to which sensor technology they are scanned, whether the code disk is designed in a modified geometric shape, for example as a cylindrical drum is and in what way the signal discrimination in distinguishing the two Partial pattern takes place, for example through amplitude discrimination (pulse height discrimination), geometric discrimination, time or frequency discrimination.

Claims (4)

Patentanspriiche 1. Digital-absoluter Winkelkodierer nach dem Noniusprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer mit der drehbaren Eingangswelle fest verbundenen Codescheibe ein spezielles Muster eingeprägt ist, das von einer winkeläquidistanten regelmäßigen geschlossenen Ringanordnung einer Anzahl von N Abtastsensoren im Winkelabstandsmaß 3600/N abgetastet wird, wobei das spezielle Muster der Codescheibe aus zwei Teilmustern aufgebaut ist: aus einem über einen Sektor des Volikreises erstreckten unregelmäßigen Muster vnn Einzelmar kierungen und Lücken (=fehlende Einzelmarkierungen) im Winkelabstandsmaß 360°/N ("Schlüsselbartmuster") und einem gleichmäßig über den Vollkreis erstreckten winkeläquidistanten regelmaßigen Muster von (N+1) Einzelmarkierungen im Abstandsmaß 360Q/(N+1) ("Noniusmuster"); die Abtastsensoren geben die Meldung über die Anwesenheit einer Art von Einzelmarkierungen unabhängig von der Anwesenheit von Einzelmarkierungen der anderen Art abpdOhO die Abtastsensoren führen eine Signaldiskriminierung zwischen den Einzelmarkierungen des "Schlüsselbartmusters" und den Einzelmarkierungen des "Noniusmusters" durch, so daß mittels einer Dekoderlogikschaltung eine digitale Grob-Fein-Messung der Winkelstellung der Eingangswelle des ldinkelkodierers nach Art der Noniusablesung einer Skala erfolgen kann.Patent claims 1. Digital absolute angle encoder based on the vernier principle, characterized in that it is firmly connected to one of the rotatable input shafts Code disk is embossed with a special pattern, which is angularly equidistant regular closed ring arrangement of a number of N scanning sensors at an angular distance 3600 / N is scanned, whereby the special pattern of the code disk consists of two partial patterns is constructed from an irregular one extending over a sector of the circle of people Pattern of individual markings and gaps (= missing individual markings) in the angular distance 360 ° / N ("key bit pattern") and one evenly extended over the full circle Regular patterns of (N + 1) individual markings spaced apart at equidistant angles 360Q / (N + 1) ("Vernier Pattern"); the scanning sensors report the presence a kind of individual markings regardless of the presence of individual markings the other type abpdOhO the scanning sensors perform a signal discrimination between the individual markings of the "key bit pattern" and the individual markings of the "Vernier pattern" through, so that by means of a decoder logic circuit a digital Coarse-fine measurement of the angular position of the input shaft of the angle encoder Type of vernier reading of a scale can be done. 2. tilinkelkodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unregelmäßige Teilmuster von Einzelmarkierungen ("Schlüsselbartmuster'2) durch Verwendung einer Anzahl von Einzelmarkierungen in solcher Weise redundant ausgeführt ist, daß beim Auftreten eines oder mehrerer Abtastsensorfehler eine fehlerfreie Rekonstruktion des ungestörten Musters möglich ist (Fehlerkorrektur) und zudem die Ausgabe einer Fehlermeldung erfolgt (Fehlerdiagnose).2. angle encoder according to claim 1, characterized in that the irregular partial patterns of individual markings ("key bit pattern" 2) through use a number of individual markings is designed redundantly in such a way that at the If one or more scanning sensor errors occur, an error-free reconstruction of the undisturbed pattern is possible (error correction) and also the output of a Error message occurs (error diagnosis). 3, Winkelkodierer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Anzahl (N+1) von regelmäßigen äquidistanten Einzelmarkierungen auf der Codescheibe ("Noniusmuster") eine Anzahl (N+A) solcher Einzelmarkierungen vorhanden sein kann, wobei A eine positive oder negative, von Null verschiedene ganze Zahl vom Betrage|A|<N N sein kann.3, angle encoder according to claims 1 and 2, characterized in that that instead of the number (N + 1) of regular equidistant individual markings on the code disk ("Nonius pattern") a number (N + A) of such individual markings may be present, where A is positive or negative, other than zero can be an integer of the amount | A | <N N. 4. tijinkelkodierer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaldiskriminierung der diskreten Sensorsignale zwischen den verschiedenen Einzelmarkierungen(des Schlüsselbartmusters und des "Noniusmusterstl) bei photoelektrischer Abtastung einer optischen Codescheibe im Zeitmultiplex vorgenommen wird, indem die Codescheibe zwei konzentrische Spuren mit den somit geometrisch voneinander getrennten Teilmustern trägt, die unter konisch schrägem Lichteinfall im Wechseltakt von getrennten Lichtquellen abwechselnd beleuchtet werden.4. angle encoder according to claims 1 to 3, characterized in that that the signal discrimination of the discrete sensor signals between the different Individual markings (of the key bit pattern and the "Noniusmusterstl") with photoelectric Scanning an optical code disk in time division multiplex is carried out by the Code disk two concentric tracks with the thus geometrically separated from each other Bears partial patterns that alternate between separate and conically inclined incidence of light Light sources are alternately illuminated. 5, blinkelkodierer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von 4 Einzelmarkierungen und 6 Lücken (=fehlende Einzelmarkierungen) über 10 aneinandergrenzende Winkelintervallschritte vom Abstandsmaß 3600/N in folgender Abfolge (M=Einzelmarkierung, L= Lücke) M-L-M- L-L-I1-L-L-L-I9 sowie (N-10) weiteren Lücken zur Auffüllung des Vollkreises als Codescheibenmuster für die Stellunqsgrobmessung ("Schlüsselbartmuster") vorhanden ist, die gegen einen beliebigen einzelnen Sensorfehler fehlertolerant ist,5, angle encoder according to claims 1 to 4, characterized in that that an arrangement of 4 individual marks and 6 gaps (= missing individual marks) over 10 contiguous angular interval steps with a distance of 3600 / N in the following Sequence (M = single marking, L = gap) M-L-M- L-L-I1-L-L-L-I9 as well as (N-10) others Gaps to fill in the Full circle as code disk pattern for the position coarse measurement ("key bit pattern") is available against a any single sensor fault is fault tolerant,
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