CH685172A5

CH685172A5 - Position-measuring device.

Info

Publication number: CH685172A5
Application number: CH106993A
Authority: CH
Inventors: Ralph Kennel; Kurt Armitter
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1992-07-25
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1995-04-13
Also published as: DE4224654A1

Description

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CH 685 172 A5 CH 685 172 A5

2 2nd

Beschreibung description

Stand der Technik State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Positionsmesseinrichtung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs, wie sie aus der EP-B1 116 636 bekannt ist. Diese besitzt einen Geber mit Markierungen in Form einer Folge von Codeelementen sowie eine Vorrichtung zum Erkennen dieser Codeelemente. Die auf dem Geber angeordneten Codeelemente bilden eine Pseudozufallsfolge mit einer charakteristischen Wortlänge. Zur Positionserfassung muss eine Bitesequenz mit wenigstens Wortlänge ausgelesen werden. Die Erfassungsvorrichtung ist so ausgebildet, dass sie stets zumindest die Anzahl der zur Bildung eines Wortes erforderlichen Bites ausliest. Nachteilig an dieser Anordnung ist die relativ grosse Breite der Erfassungsvorrichtung, die wenigstens der physikalischen Länge eines Wortes der Pseudozufallsfolge entsprechen muss. Diese Breite wird umso grösser, je höher die gewünschte Ortsauflösung, und damit je höher die Ordnung der verwendeten Pseudozufallsfolge ist. The invention is based on a position measuring device according to the type of the independent patent claim, as is known from EP-B1 116 636. This has an encoder with markings in the form of a sequence of code elements and a device for recognizing these code elements. The code elements arranged on the encoder form a pseudo random sequence with a characteristic word length. A bit sequence with at least word length must be read out for position detection. The detection device is designed such that it always reads out at least the number of bites required to form a word. A disadvantage of this arrangement is the relatively large width of the detection device, which must correspond at least to the physical length of a word in the pseudo-random sequence. This width increases, the higher the desired spatial resolution, and thus the higher the order of the pseudo-random sequence used.

Aus der FR-A 2 551 203 ist eine aus zwei Geberscheiben und einer Erfassungseinrichtung bestehende Anordnung zur Winkelbestimmung bekannt. Eine Geberscheibe weist digitale Markierungen auf, die im Bewegungszustand ein unregelmässiges Rechtecksignal erzeugen, wobei die ansteigenden Flanken in regelmässigem Abstand, die abfallenden Flanken in veränderlichen Abständen liegen. Mit Hilfe des von der ersten Geberscheibe abgegebenen Taktsignals kann das unregelmässige Rechtecksignal eindeutig der zweiten Geberscheibe zugeordnet werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass zwei Geber vorzusehen sind. From FR-A 2 551 203, an arrangement for determining the angle, consisting of two sensor disks and a detection device, is known. A sensor disk has digital markings which generate an irregular square-wave signal in the state of movement, the rising edges being at regular intervals and the falling edges being at variable intervals. With the help of the clock signal emitted by the first encoder disk, the irregular square-wave signal can be clearly assigned to the second encoder disk. The disadvantage of this arrangement is that two encoders must be provided.

Aus der deutschen Patentanmeldung Aktenzeichen P 3 942 800.1 ist eine Anordnung zur Erkennung der Position einer Nockenwelle bekannt, deren wesentliche Bestandteile eine mit einer Pseudozufallsfolge markierte Geberscheibe sowie eine Vorrichtung zur Erfassung der Markierungen sind. Die Schrift macht ferner den Vorschlag, die Markierungen an dem Geber so auszubilden, dass das bei Bewegung abgegebene Pseudozufallsfolgensi-gnal in phasenmodulierter Form entsteht. Auf diese Weise kann die zur Positionsbestimmung erforderliche Breite eines einzelnen Bits innerhalb des abgegebenen Signals ohne Hinzuziehung eines Taktsignals direkt aus dem Messsignal gewonnen werden. Eine phasenmodulierte Markierung erhöht die zu übertragende Informationsdichte. Dadurch werden erhöhte Anforderungen an den Herstellungsaufwand - es müssen bezogen auf eine Längeneinheit mehr Markierungen angebracht werden - als auch an den einzusetzenden Erfassungssensor gestellt. From the German patent application file number P 3 942 800.1 an arrangement for recognizing the position of a camshaft is known, the essential components of which are a sensor disc marked with a pseudo random sequence and a device for detecting the markings. The document also makes the suggestion to design the markings on the transmitter so that the pseudo-random sequence signal that is emitted during movement is produced in a phase-modulated form. In this way, the width of an individual bit required for position determination within the output signal can be obtained directly from the measurement signal without using a clock signal. A phase-modulated marking increases the information density to be transmitted. This places increased demands on the production effort - more markings have to be made per unit length - and also on the detection sensor to be used.

Aus der Schrift IEEE, Transactions, IM 36, Nr. 4, 1987, S. 950-955, ist ferner der Vorschlag bekannt, zur Erzielung einer höheren Auflösung einen Geber mit zwei markierten Pseudozufallsfolgen zu verwenden, die parallel angeordnet sind. From the document IEEE, Transactions, IM 36, No. 4, 1987, pp. 950-955, the proposal is also known to use a transmitter with two marked pseudo random sequences, which are arranged in parallel, in order to achieve a higher resolution.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionsmesseinrichtung anzugeben, die bei möglichst einfachem Aufbau eine gute Messgenauigkeit liefert. The invention has for its object to provide a position measuring device that delivers good measurement accuracy with the simplest possible structure.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Eine erfindungsgemässe Messanordnung benötigt nur eine einzige Gebermarkierungsspur. Zusatzmarkierungen für die Generierung des Taktes sind nicht erforderlich. Der für die Anordnung der Gebermarkierungen zur Verfügung stehende Raum kann vollständig zugunsten einer möglichst genauen Markierung verwendet werden. The object is achieved by an arrangement with the features of the independent claim. A measuring arrangement according to the invention only requires a single sensor marking track. Additional markings for the generation of the clock are not necessary. The space available for the arrangement of the sensor markings can be used completely in favor of the most accurate possible marking.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung benötigt eine Erfassungsvorrichtung in Form eines Sensors oder dergleichen, die lediglich geeignet sein muss, die Gebermarkierung bitweise zu erkennen. Die Erfassungsvorrichtung kann dadurch sehr platzsparend ausgeführt werden. Es ist ferner nur eine Erfassungsvorrichtung erforderlich. Dies bringt zum einen Kostenvorteile gegenüber Lösungen mit mehreren Gebern, zum anderen verringert es die Zahl möglicher Fehlerquellen in einer Messanordnung. A device according to the invention requires a detection device in the form of a sensor or the like, which only has to be suitable for bit-wise detection of the sensor marking. As a result, the detection device can be designed to be very space-saving. Furthermore, only one detection device is required. On the one hand, this brings cost advantages over solutions with multiple encoders, and on the other hand, it reduces the number of possible sources of error in a measuring arrangement.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description with reference to the drawing.

Zeichnung drawing

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der vorgeschlagenen Positionsmesseinrichtung, 1 is a block diagram of the proposed position measuring device,

Fig. 2 eine optische Codierung mit einem zugehörigen elektrischen Binärsignal, 2 shows an optical coding with an associated electrical binary signal,

Fig. 3 das Taktsignal T zu Fig. 2, 3 shows the clock signal T for FIG. 2,

Fig. 4 eine Möglichkeit für die Erzeugung eines Informationssignals über die Phasenverschiebung, 4 shows a possibility for the generation of an information signal about the phase shift,

Fig. 5 eine Steuerstrategie, um eine Synchronisation der Signale zu erreichen. 5 shows a control strategy in order to achieve synchronization of the signals.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Description of an embodiment

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung gliedert sich in drei Hauptbestandteile: Den Geber 17, die Erfassungseinrichtung 11, sowie die Auswerteanordnung 12 bis 15 mit Lagebestimmungseinrichtung 16. The arrangement shown in FIG. 1 is divided into three main components: the encoder 17, the detection device 11, and the evaluation arrangement 12 to 15 with position determination device 16.

Der Geber 17 ist im Beispiel der Fig. 1 ein in Form einer Scheibe ausgeführter Drehgeber, der fest mit einem sich drehenden Objekt, wie zum Beispiel dem Läufer eines Motors verbunden ist. Auf einer Ober- oder Aussenseite der Geberscheibe 17 befinden sich, angeordnet auf einer ringförmig um die Drehachse verlaufenden Spur, Markierungen 10 in Form von Codeelementen. Die Markierungen 10 bilden eine beliebig wählbare Folge von Bitsequenzen, die so angeordnet sind, dass sie eine möglichst genaue und schnelle Positionsbestimmung gestatten. Sie können sowohl optisch, zum Beispiel als Barcode, als auch magnetisch oder geometrisch, zum Beispiel durch Erhöhungen, Vertiefungen, Einschnitte usw., ausgebildet sein. Alle einzelnen Codeelemente haben dieselbe Winkelbreite 22 und stimmen zweckmässig auch bezüglich ihrer Grundfläche überein. Jedes einzelne Codeelement entspricht entweder dem Wert logisch In the example of FIG. 1, the encoder 17 is a rotary encoder designed in the form of a disk, which is firmly connected to a rotating object, such as the rotor of a motor. Markings 10 in the form of code elements are arranged on an upper or outer side of the encoder disk 17, arranged on a track running in a ring around the axis of rotation. The markings 10 form an arbitrarily selectable sequence of bit sequences, which are arranged in such a way that they allow the position to be determined as accurately and quickly as possible. They can be designed both optically, for example as a barcode, and magnetically or geometrically, for example by means of elevations, depressions, incisions, etc. All individual code elements have the same angular width 22 and appropriately match their base area. Each individual code element corresponds either to the value logically

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I oder dem Wert logisch 0, die Werte 0 und 1 sind in scheinbar unregelmässiger Folge hintereinander angeordnet. I or the value logical 0, the values 0 and 1 are arranged in an apparently irregular sequence one after the other.

Auf dem relativ zum Geber 17 in Ruhe befindlichen zweiten Teil der Anordnung befindet sich eine Erfassungseinrichtung 11 zum Erfassen der auf dem Geber angebrachten Markierungen 10. Sie ist in Anpassung an die auf dem Geber 17 verwendeten Markierungen 10 als optischer, magnetischer oder mechanischer Abtaster ausgebildet. Die Erfassungseinrichtung 11 ist so angeordnet, dass sich im bewegten Zustand die auf dem Geber 17 angeordneten Markierungen 10 seriell an ihr vorbeibewegen. Sie erkennt das im Bewegungszustand jeweils an ihr vorbeigeführte binäre Codeelement und setzt den erfassten Wert des abgelesenen Codeelementes in ein für die weitere Verarbeitung in der Auswerteschaltung geeignetes binäres elektrisches Signal w um. On the second part of the arrangement, which is at rest relative to the transmitter 17, there is a detection device 11 for detecting the markings 10 made on the transmitter. It is designed as an optical, magnetic or mechanical scanner to match the markings 10 used on the transmitter 17. The detection device 11 is arranged in such a way that the markings 10 arranged on the transmitter 17 move past it serially in the moved state. It recognizes the binary code element that is guided past it in the movement state and converts the detected value of the read code element into a binary electrical signal w suitable for further processing in the evaluation circuit.

Der Erfassungseinrichtung 11 nachgeschaltet ist ein Regelkreis mit einer Summierstelle 12, einem Regler 13, einem Taktgenerator 14 sowie einem Signalgenerator 15. Führungsgrösse des Regelkreises 12 bis 15 ist das von der Erfassungseinrichtung Downstream of the detection device 11 is a control loop with a summing point 12, a controller 13, a clock generator 14 and a signal generator 15. The reference variable of the control loop 12 to 15 is that of the detection device

II abgegebene Binärsignal w, Regelgrösse ist ein Taktsignal T mit der Dimension einer Frequenz, im folgenden kurz mit Takt bezeichnet, das die Zerlegung des von der Erfassungseinrichtung 11 stammenden Binärcodesignals in seine einzelnen Codeelemente gestattet. Das regelkreisausgangs-seitige Taktsignal T sowie das von der Erfassungseinrichtung 11 abgegebene Binärsignal w sind über entsprechende Verzweigungen weiterhin einer Lagebestimmungseinrichtung 16 zugeführt. Diese bestimmt durch Überlagerung beider zugeführter Signale die jeweils augenblickliche Winkellage bzw. Position P der Geberscheibe 17. II output binary signal w, controlled variable is a clock signal T with the dimension of a frequency, hereinafter briefly referred to as clock, which allows the binary code signal originating from the detection device 11 to be broken down into its individual code elements. The clock signal T on the control loop output side and the binary signal w emitted by the detection device 11 are also fed to a position determination device 16 via corresponding branches. By superimposing the two supplied signals, this determines the instantaneous angular position or position P of the encoder disk 17.

Die Funktion der Anordnung 10 bis 16 wird nachfolgend näher erläutert. Geber 17 und Erfassungseinrichtung 11 wirken in an sich bekannter Weise zusammen. Die Gebermarkierungen 10 sind vorzugsweise als optisch lesbares Strichmuster aufgebracht, die Erfassungseinrichtung 11 ist in diesem Fall ein optischer Abtaster. Im bewegten Zustand, das heisst, die Geberscheibe dreht sich, läuft das Strichmuster durch das Erkennungsfeld des Abtasters 11. Dadurch entsteht ein Hell-Dunkel-Signal, das der Abtaster 11 umsetzt in das Binärsignal w, welches zweckmässig in Form eines Rechteckspan-nungssignales mit einem hohen sowie einem niedrigen Spannungspegel, wobei ein Spannungspegel dem logischen Wert 1 entspricht, der andere dem logischen Wert 0, am Ausgang des Abtasters anliegt. Fig. 2a zeigt ein Beispiel für ein optisches Strichmuster, Fig. 2b ein zugehöriges Rechteckspannungssignal w, wie es von dem Strichmuster gemäss Fig. 2a am Ausgang des Abtasters 11 erzeugt werden würde. The function of the arrangement 10 to 16 is explained in more detail below. Encoder 17 and detection device 11 interact in a manner known per se. The encoder markings 10 are preferably applied as an optically readable line pattern, in this case the detection device 11 is an optical scanner. In the moving state, that is, the encoder disk rotates, the line pattern runs through the detection field of the scanner 11. This creates a light-dark signal, which the scanner 11 converts into the binary signal w, which is expediently in the form of a square-wave voltage signal a high and a low voltage level, one voltage level corresponding to the logic value 1, the other to the logic value 0, at the output of the scanner. FIG. 2a shows an example of an optical line pattern, FIG. 2b an associated square-wave voltage signal w, as would be generated by the line pattern according to FIG. 2a at the output of the scanner 11.

Wie in Fig. 2b gezeigt, besteht das Signal w in der Regel aus einer Aneinanderreihung ungleichlanger Rechteckimpulse in scheinbar unregelmässiger Folge. Die Breite der einzelnen Rechteckimpulse hängt dabei einerseits von der Zahl der ausgelesenen aufeinanderfolgenden Bits gleicher Wertigkeit, sowie andererseits von der Bewegungsgeschwindigkeit der Geberscheibe 17 ab. Um die in dem Signal w enthaltene Information überhaupt nutzen zu können, ist es erforderlich, zu jedem Rechteckimpuls die Zahl der Bits zu kennen, die seine Breite bestimmen. Dies geschieht zweckmässig mit Hilfe des dem Signal w überlagerten Taktsignales T, das jeweils den Beginn bzw. die Breite 22 jedes einzelnen Bits des Signals w markiert. As shown in FIG. 2b, the signal w generally consists of a series of uneven rectangular pulses in an apparently irregular sequence. The width of the individual rectangular pulses depends on the one hand on the number of successive bits of the same value read out, and on the other hand on the speed of movement of the encoder disk 17. In order to be able to use the information contained in the signal w at all, it is necessary to know the number of bits for each rectangular pulse which determine its width. This is expediently done with the aid of the clock signal T superimposed on the signal w, which in each case marks the beginning or the width 22 of each individual bit of the signal w.

Ein solches, in Fig. 3 gezeigtes Taktsignal T wird mittels des Regelkreises 12 bis 15 wie folgt gewonnen. Ein Signalgenerator 15 erzeugt fortlaufend ein zweites Binärsignal u, dessen Bitmuster mit dem auf der Geberscheibe 17 markierten identisch übereinstimmt, dem zunächst jedoch eine beliebige Taktfrequenz zugrundeliegt. Die Taktfrequenz liefert der Taktgenerator 14. Vom Signalgenerator 15 wird das Binärsignal u der Summierstelle 12 zugeführt, wo es mit dem von der Erfassungseinrichtung 11 kommenden gemessenen Binärsignal w verglichen wird. Zweckmässig ist die Summierstelle 12 in Form eines Phasenreglers ausgeführt, der die beiden Signale u und w - bestimmungsgemäss - auf eventuell bestehende Phasenabweichungen hin untersucht. Bei Nichtübereinstimmung der beiden verglichenen Signale u und w gibt der Phasenregler 12 ein Signal mit einer entsprechenden Information an den Regler 13 ab. Dieser ermittelt aus der Information des Phasenreglers 12, ob die Frequenz des vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignals u erhöht oder verringert werden muss. Entsprechend dem gefundenen Ergebnis übermittelt der Regler 13 ein Signal an den Taktgenerator 14, welches bewirkt, dass der Taktgenerator 14 die Frequenz des Taktsignals T vergrössert, wenn die Geschwindigkeit des vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignals u gegenüber dem von der Erfassungseinrichtung 11 gemessenen Binärsignals w nacheilt und verringert, wenn das generierte Binärsignal u dem gemessenen Binärsignal w voreilt. Such a clock signal T shown in FIG. 3 is obtained by means of the control circuit 12 to 15 as follows. A signal generator 15 continuously generates a second binary signal u, the bit pattern of which corresponds identically to that marked on the encoder disk 17, but which is initially based on an arbitrary clock frequency. The clock frequency is supplied by the clock generator 14. The signal generator 15 supplies the binary signal u to the summing point 12, where it is compared with the measured binary signal w coming from the detection device 11. The summing point 12 is expediently designed in the form of a phase controller which, as intended, examines the two signals u and w for possible phase deviations. If the two compared signals u and w do not match, the phase controller 12 outputs a signal with corresponding information to the controller 13. This determines from the information from the phase controller 12 whether the frequency of the binary signal u generated by the signal generator 15 has to be increased or decreased. In accordance with the result found, the controller 13 transmits a signal to the clock generator 14, which causes the clock generator 14 to increase the frequency of the clock signal T when the speed of the binary signal u generated by the signal generator 15 lags behind the binary signal w measured by the detection device 11 and reduced when the generated binary signal u leads the measured binary signal w.

Der vorstehend beschriebene Regelmechanismus wird nachfolgend noch näher erläutert. Die Geschwindigkeiten der beiden Binärsignale u und w vergleicht der Phasenregler 12, indem er zum Beispiel prüft, welches der beiden Signale u bzw. w zuerst eine abfallende Flanke aufweist. Dies kann mittels einer logischen Schaltung erfolgen mit zwei Eingängen, an denen die Signale u und w anliegen, sowie mit zwei Ausgängen, an denen Signale ai bzw. a2 mit Informationen über eine eventuelle Phasenverschiebung zwischen den Eingangssignalen anliegen. Ein Beispiel für eine mögliche Funktionsweise einer solchen Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4a fallen die Flanken des Signales u vor den Flanken des Signales w ab, das Ausgangssignal al liegt deshalb konstant auf dem logischen Wert 1, das Ausgangssignal 2 wechselt jeweils zwischen dem Erscheinen aufeinanderfolgender abfallender Flanken der Signale u und w seine Polarität. Den umgekehrten Fall zeigt Fig. 4b, das Signal u eilt hier dem Signal w nach. In diesem Fall erscheint am Ausgang ai ein Signal, dessen Polarität jeweils zwischen dem Erscheinen aufeinanderfolgender abfallender Flanken wechselt, während das am Ausgang a2 anliegende Signal einen konstanten Pegel hat. Die in den beiden Ausgangssi- The control mechanism described above is explained in more detail below. The phase controller 12 compares the speeds of the two binary signals u and w, for example by checking which of the two signals u and w has a falling edge first. This can be done by means of a logic circuit with two inputs, at which the signals u and w are present, and with two outputs, at which signals ai and a2 are present, with information about a possible phase shift between the input signals. An example of a possible mode of operation of such a circuit is shown in FIG. 4. In Fig. 4a, the edges of the signal u fall before the edges of the signal w, the output signal al is therefore constantly at the logic value 1, the output signal 2 changes between the appearance of successive falling edges of the signals u and w its polarity. 4b shows the reverse case, the signal u lags behind the signal w here. In this case, a signal appears at output ai, the polarity of which alternates between the appearance of successive falling edges, while the signal present at output a2 has a constant level. The in the two initial

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gnalen ai und az enthaltene Information wird dem Regler 13 zugeführt. gnalen information contained ai and az is supplied to the controller 13.

Aufgrund des von der Summierstelle 12, das heisst im vorliegenden Fall vom Phasenregler kommenden Signales kann der Regler 13 entscheiden, ob und welches der beiden Binärsignale u bzw. w dem anderen voreilt. Laufen die Flanken des vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignals u später ein als die des vom Abtaster 11 gemessenen Binärsignals w, veranlasst der Regler 13 den Taktgenerator 14, die Taktfrequenz T, die dem vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignal u zugrundeliegt und die dessen Geschwindigkeit bestimmt, zu erhöhen. On the basis of the signal coming from the summing point 12, that is to say from the phase controller in the present case, the controller 13 can decide whether and which of the two binary signals u or w leads the other. If the edges of the binary signal u generated by the signal generator 15 run in later than those of the binary signal w measured by the scanner 11, the controller 13 causes the clock generator 14, the clock frequency T, on which the binary signal u generated by the signal generator 15 is based and which determines its speed increase.

Zweckmässig erfolgt die Erhöhung der Taktfrequenz T nicht linear, sondern nach dem in Fig. 5a prinzipiell dargestellten Schema. Danach wird die Taktfrequenz T zunächst zu einem Zeitpunkt ti sehr deutlich erhöht, um zu bewirken, dass das vom Signalgenerator 15 erzeugte Binärsignal u sich an dem vom Abtaster 11 gemessenen Binärsignal w vorbeibewegt. Nach kurzer Zeit, zum Zeitpunkt t2, verringert der Taktgenerator 14 dann die Taktfrequenz T wieder so, dass die schliesslich eingestellte Taktfrequenz T über der vor Beginn des Regelvorgangs eingestellten liegt. Ist nach dem Regelvorgang das generierte Binärsignal u noch immer schneller als das gemessene Binärsignal w, wird er Regelvorgang wiederholt. The clock frequency T is expediently not increased linearly, but rather according to the scheme shown in principle in FIG. 5a. Thereafter, the clock frequency T is first increased very significantly at a point in time ti in order to cause the binary signal u generated by the signal generator 15 to move past the binary signal w measured by the scanner 11. After a short time, at time t2, the clock generator 14 then reduces the clock frequency T again in such a way that the finally set clock frequency T is above that set before the start of the control process. If the generated binary signal u is still faster than the measured binary signal w after the control process, the control process is repeated.

Stellt der Regler 13 fest, dass die Flanken des vom Signalgenerator 15 erzeugten Binärsignals u schneller einlaufen als die des vom Abtaster 11 gemessenen Binärsignals w, so gibt der Regler an den Taktgenerator 14 ein Signal, aufgrunddessen dieser die Frequenz des Taktsignals T verringert. Die Frequenzverringerung geschieht zweckmässig analog wie bei der Erhöhung, jedoch in umgekehrter Richtung. Wie in Fig. 5b dargestellt, wird die Frequenz des Taktsignals T zunächst zum Zeitpunkt t3 kurzzeitig stark verringert. Das vom Abtaster 11 gemessene Binärsignal w läuft dadurch an dem vom Signalgenerator 15 generierten Binärsignal u vorbei. Nach kurzer Zeit, zum Zeitpunkt t4, wird die Taktfrequenz dann wieder etwas erhöht, wobei die schliesslich eingestellte Taktfrequenz aber unterhalb der vor dem Regelvorgang anliegenden Taktfrequenz liegt. Ist nach dem Regelvorgang das vom Abtaster 11 gemessene Binärsignal w noch immer schneller als das vom Signalgenerator 15 erzeugte, wird der Regelvorgang wiederholt. If the controller 13 determines that the edges of the binary signal u generated by the signal generator 15 run in faster than those of the binary signal w measured by the scanner 11, the controller sends a signal to the clock generator 14, on the basis of which the latter reduces the frequency of the clock signal T. The frequency reduction is expediently analogous to the increase, but in the opposite direction. As shown in FIG. 5b, the frequency of the clock signal T is initially greatly reduced briefly at time t3. The binary signal w measured by the scanner 11 thus passes the binary signal u generated by the signal generator 15. After a short time, at time t4, the clock frequency is then increased again somewhat, the clock frequency finally set being below the clock frequency present before the control process. If after the control process the binary signal w measured by the scanner 11 is still faster than that generated by the signal generator 15, the control process is repeated.

Die anhand der Fig. 5a und 5b dargestellte Vorgehensweise zur Änderung der Taktfrequenz gibt die Grundidee einer Steuerstrategie wieder, die speziell darin besteht, ein Überschwingen vorzusehen, das sich in einem Phasensprung der Regel-grösse auswirkt. Für praktische Realisierungen gewählte Steuerfunktionen können von dem in Fig. 5 dargestellten Schema deutlich abweichen. Insbesondere kann es zweckmässig sein, mehrere Stufen vorzusehen, oder weichere Übergänge zwischen den einzelnen Stufen einzuführen. Die wählbaren Regelparameter Höhe der Stufen, d.h. um wieviel die Taktfrequenz zunächst erhöht bzw. verringert wird, sowie Schaltzeitpunkte ti bis t4 sollten für die Praxis durch vorhergehende Versuche zumindest verifiziert werden, um die Möglichkeit instabiler Schwingungszustände auszuschliessen. The procedure for changing the clock frequency illustrated with reference to FIGS. 5a and 5b reflects the basic idea of a control strategy, which specifically consists in providing an overshoot which has an effect in a phase jump of the controlled variable. Control functions selected for practical implementations can deviate significantly from the diagram shown in FIG. 5. In particular, it can be expedient to provide several stages or to introduce softer transitions between the individual stages. The selectable control parameters height of the levels, i.e. how much the clock frequency is initially increased or decreased, and switching times ti to t4 should at least be verified in practice by previous tests in order to rule out the possibility of unstable vibration states.

Ein Regler, der das in Fig. 5 dargestellte Verhalten zumindest näherungsweise zeigt, ist ein Pl-Reg-ler, wenn als Eingangssignal ein Rechtecksignal zugeführt wird, wobei die Breite der Rechteckimpulse die Grösse der Phasenverschiebung, die Polarität die Richtung der Phasenverschiebung angibt. A controller which at least approximately shows the behavior shown in FIG. 5 is a PI controller if a square-wave signal is supplied as the input signal, the width of the square-wave pulses indicating the size of the phase shift and the polarity indicating the direction of the phase shift.

Stimmen die Flanken der im Phasenregler 12 einlaufenden Signale überein, gibt der Regler 13 kein taktänderndes Signal an den Taktgenerator 14 ab. Das am Ausgang des Taktgenerators 14 anliegende Signal T ist dann der dem von der Erfassungseinrichtung 11 gemessenen Signal zugrundeliegende Takt. Der Regler 13 gibt in diesem Fall ein Signal an die Lagebestimmungseinrichtung 16 ab, woraufhin diese den Wert des am Ausgang des Taktgenerators anliegenden Taktsignales T erfasst. Gleichzeitig erfasst die Lagebestimmungseinrichtung 16 über eine entsprechende Signalleitung das an der Erfassungseinrichtung 11 anliegende gemessene Binärsignal w. Durch geeignete Überlagerung des Signales w mit dem Taktsignal T kann die Lagebestimmungseinrichtung 16 die in dem Binärsignal w enthaltene Information lesen und damit die genaue Winkelposition P der Geberscheibe 17 bestimmen. Das Positionssignal P liegt am Ausgang der Lagebestimmungseinrichtung 16 an. If the edges of the signals arriving in the phase controller 12 match, the controller 13 does not emit a clock-changing signal to the clock generator 14. The signal T present at the output of the clock generator 14 is then the clock on which the signal measured by the detection device 11 is based. In this case, the controller 13 outputs a signal to the position determination device 16, whereupon the latter detects the value of the clock signal T present at the output of the clock generator. At the same time, the position determination device 16 detects the measured binary signal w applied to the detection device 11 via a corresponding signal line. By suitably superimposing the signal w with the clock signal T, the position determination device 16 can read the information contained in the binary signal w and thus determine the exact angular position P of the encoder disk 17. The position signal P is present at the output of the position determination device 16.

Zweckmässig ist die auf der Geberscheibe 17 kodierte Signalfolge eine Pseudozufallsfolge. Pseu-dozufallsfolgen sind maschinengenerierte Zahlenfolgen mit den Eigenschaften von Zufallsfolgen. Die Darstellung der Pseudozufalisfolgen erfolgt als Folge binärer Zeichen in Form der logischen Variablen 0 und 1. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Ordnung und ihrer Länge. Bei vorgegebener Ordnung N ergibt sich die maximale Länge zu 2N~1 Bite. Für die erfindungsgemässe Messanordnung wesentliche Eigenschaft einer Pseudozufallsfolge ist die Struktur der Anordnung der einzelnen Bits. Eine Pseudozufallsfolge der Ordnung N ist so aufgebaut, das innerhalb der Pseudozufallsfolge jede mögliche Bitkombination aus N Bits genau einmal auftritt. Die Markierungen 10 der Geberscheibe 17 in Fig. 1 zeigen ein Beispiel für eine Pseudozufallsfolge der Ordnung vier mit den darin enthaltenen Bitekombi-nationen aus vier Bits. Schraffierte Segmente entsprechen dem Wert logisch 1, weisse Segmente dem Wert logisch 0. Als zweckmässige Ergänzung wurde, wie nachfolgend noch erläutert wird, zwischen die Bitkombinationen aus drei Codeelementen der Wertigkeit logisch 0 und die aus vier Codeelementen der Wertigkeit logisch 1 ein zusätzliches Codeelement der Wertigkeit logisch 0 eingefügt. Sind wenigstens vier aufeinanderfolgenden Bits dieser Pseudozufallsfolge bekannt, ist auch die örtliche Position dieser Bitkombination innerhalb der Pseudozufallsfolge mit einer Genauigkeit von 4/15 bekannt. Allgemein gilt für eine Pseudozufallsfolge der Ordnung N, dass für eine eindeutige Lokalisierung einer Bitkombination mit N Bits genau N aufeinanderfolgende Bits abgetastet werden müssen. The signal sequence coded on the encoder disk 17 is expediently a pseudo random sequence. Pseu-do random sequences are machine-generated sequences of numbers with the properties of random sequences. The pseudo-random sequences are represented as a sequence of binary characters in the form of logical variables 0 and 1. They differ in terms of their order and their length. For a given order N, the maximum length is 2N ~ 1 bit. The characteristic of a pseudo random sequence for the measurement arrangement according to the invention is the structure of the arrangement of the individual bits. A pseudo-random sequence of the order N is constructed in such a way that every possible bit combination of N bits occurs exactly once within the pseudo-random sequence. The markings 10 of the encoder disk 17 in FIG. 1 show an example of a pseudo random sequence of order four with the bit combinations of four bits contained therein. Hatched segments correspond to the value logical 1, white segments to the value logical 0. As a practical addition, as will be explained below, an additional code element of significance was added between the bit combinations of three code elements of logical value 0 and those of four code elements of logical value 1 logical 0 inserted. If at least four consecutive bits of this pseudo-random sequence are known, the local position of this bit combination within the pseudo-random sequence is also known with an accuracy of 4/15. In general, for a pseudo-random sequence of order N, exactly N consecutive bits must be scanned for a unique localization of a bit combination with N bits.

Eine Einführung in die Theorie der Pseudozufalisfolgen findet sich beispielsweise in W.D.T. Davis, Systemerkennung für adaptive Regelung, Ol- An introduction to the theory of pseudo-random sequences can be found, for example, in W.D.T. Davis, system recognition for adaptive control, oil

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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4 4th

7 7

CH 685 172 A5 CH 685 172 A5

8 8th

denbuchverlag München 1973. Diesen Veröffentlichungen sind auch elektronische Schaltungen zur Erzeugung von Pseudozufallsfolgen entnehmbar, wie sie im Signalgenerator 15 eingesetzt werden können. denbuchverlag Munich 1973. These publications can also be found in electronic circuits for generating pseudo-random sequences, as can be used in the signal generator 15.

Zur Vereinfachung der Handhabung und vor allem Herstellung von Pseudozufallsfolgen ist es zweckmässig, die Pseudozufallsfolge um ein zusätzliches Bit zu verlängern, so dass ihre Gesamtlänge 2N, statt 2N-1, Bits beträgt. Dies geschieht vorteilhaft durch Einfügung eines Bits der Wertigkeit logisch 0 in diejenige Bitkombination innerhalb der Pseudozufallsfolge, welche aus N-1 gleichen Bits der Wertigkeit logisch 0 besteht. Alle Eigenschaften der Pseudozufallsfolge, soweit sie für die vorgeschlagene Messeinrichtung von Bedeutung sind, bleiben dadurch erhalten. To simplify the handling and, above all, the production of pseudo-random sequences, it is expedient to extend the pseudo-random sequence by an additional bit, so that its total length is 2N, instead of 2N-1, bits. This is advantageously done by inserting a bit of logic 0 value into the bit combination within the pseudo-random sequence which consists of N-1 identical bits of logic 0 value. All properties of the pseudo-random sequence, insofar as they are important for the proposed measuring device, are thereby preserved.

Die vorgeschlagene Messanordnung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung bei rotatorischen Bewegungen eingeschränkt. Ebenso kann sie für die Erfassung translatorischer Bewegungen eingesetzt werden. The proposed measuring arrangement is of course not restricted to use in rotary movements. It can also be used to record translatory movements.

Claims

1. Position measuring device for determining the relative position of two parts that are movable relative to one another, with an encoder that has markings in the form of a sequence of code elements that, when read in the direction of the relative movement, result in a non-regular bit pattern, which detects and detects a detection device Binary signal is implemented, characterized by a device (12-15) which generates a clock signal (T) from the binary signal w of the markings emitted by the detection device (11), which allows the binary signal w to be broken down into its individual code elements.

2. Position measuring device according to claim 1, characterized in that the sequence of the code elements are arranged in the form of a pseudo random sequence.

3. Position measuring device according to claim 2, characterized in that in the longest occurring in the pseudo-random bit combination of code elements of logic 0 logic an additional code element of 0 security is inserted.

4. Position measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the device for obtaining the clock signal (T) comprises: a summing point (12) which generates the binary signal w emitted by the detection device (11) with a signal generator (15) compares the second binary signal u, a controller (13) which influences a clock generator (14) on the basis of the difference between the signals u and w measured in the summing point (12), a clock generator (14) which on the basis of the signal received from the controller (13) Signals influences a signal generator (15) for generating a predetermined bit pattern, and a signal generator (15) for generating a binary signal u with a predetermined bit pattern which corresponds to the bit pattern of the markings (10) on the transmitter (17).

5. Position measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the detection of the markings (10) arranged on the transmitter (17) takes place optically.

6. Position measuring device according to claim 4 or 5, characterized in that the summing point (12) is a phase controller.

7. Position measuring device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the device for obtaining the clock signal (T) (12-15) the frequency of the clock signal (T) in the presence of a phase difference at the summing point (12) initially strongly in the direction changes the phase difference found, and then adjusts it to a value that differs only slightly from the originally applied value.

8. Position measuring device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the controller (13) is a PI controller.

5

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25th

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