DE2737872A1

DE2737872A1 - Vorrichtung zur erkennung der relativen position oder veraenderung zwischen zwei beweglichen koerpern

Info

Publication number: DE2737872A1
Application number: DE19772737872
Authority: DE
Inventors: Ichizo Tagami
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1976-08-23
Filing date: 1977-08-23
Publication date: 1978-03-02
Also published as: JPS6148088B2; DE2737872B2; JPS5326149A; GB1590922A; US4315252A; DE2737872C3

Description

Ishikavajima-Harima Jukogyo 17 977 60/ko

Kabushiki Kaisha, Tokio/Japan

Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen weisen Potentiometer und Synchronisationsmotoren oder Drehtransformatoren die weiteste Verbreitung zur elektrischen Erkennung der relativen Position eines Körpers gegenüber einem anderen Körper oder der Verschiebung eines Körpers gegenüber einer Bezugsposition auf. Da diese Bauteile für analoge Abtastungen der relativen Position oder Verschiebung geeignet sind, werden sie bevorzugt in analogen Rückkopplungssystemen verwendet.

Wegen der geringen Genauigkeit wird die analoge Steuerung von Werkzeugmaschinen als untragbar erachtet, aber mit der großen Entwicklungsgeschwindigkeit digitaler Rechner in den vergangenen Jahren ist die numerische Steuerung mit einem höheren Genauigkeitsgrad möglich geworden, so daß ein erhöhtes Bedürfnis für einen digitalen Detektor besteht, d.h., nach einem Analog-Digitalwandler (im weiteren als "AD-Wandler" bezeichnet) zur Umsetzung einer analogen Mengenangabe einer Verschiebung in einen digitalen Code.

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Es gibt zwei Typen von AD-Wandlern von denen der eine ein Differentialtyp und der andere ein Absoluttyp ist, wobei die Verwendung vom Verwendungszweck abhängt. In Fig. 1 ist schematisch ein AD-Wandler vom Absoluttyp dargestellt, welcher auch als "Absolut-Typ-Codierer" bezeichnet wird. Gemäß Fig. 1 sind zwei Körper X und Y relativ zueinander beweglich und eine Seite des Körpers X, welchem dem Körper Y gegenüberliegt, ist mit einem binären Code Z in Richtung der Bewegung markiert. Ein Leser oder Sensor W ist an dem Körper Y befestigt und liest den binären Code Z auf dem Körper X entsprechend dem gegenüberliegenden Verhältnis mit dem Leser W, so daß die relative Position zwischen dem Körper X und Y erkannt werden kann. Genauer gesagt werden die Körper X und Y durch angepaßte Verbindungseinrichtungen i und ii über Körper X¹ bzw. Y¹ verbunden, um so die relative Position oder Verschiebung zwischen den Körpern X¹ und Y¹ zu erkennen. Dies bedeutet, daß die relative Position oder Verschiebung zwischen den Körpern X¹ und Y¹ in Begriffen der relativen Position oder Verschiebung der Körper X und Y gemessen wird.

In der Praxis besteht der Körper X aus einer längsgestreckten Codiermaske oder Codierscheibe und die binäre eins "1^w und Null ¹¹O" des binären Codes Z durch die An- oder Abwesenheit von Löchern dargestellt, in^demlichtdurchlässige oder undurchlässige Bereiche, elektrisch leitende und nichtleitende Bereiche, magnetisierte und nichtmagnetisierte Bereiche usw. vorgesehen sind. Der Leser W kann ein fotoelektrischer Leser, Bürsten, Mikroschalter, Magnetköpfe oder dgl. aufweisen. Der Körper γ dient zur Unterstützung des Lesers ¥.

Das wichtigste Merkmal des Absolut-Typ-Codierers besteht darin, daß der Ausgang des Lesers W immer die absolute Adresse darstellt, welche ihrerseits den binären Code Z auf dem Körper X in einem gegenüberliegenden Verhältnis mit dem Leser W darstellt. Deshalb ist sogar dann, wenn die Energieversorgung

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nach einem Energieausfall zurückkehrt der Ausgang vom Leser W der gleiche »ie'derAusgang unmittelbar vor dem Energieausfall. Venn eine relative Geschvindigkeit zwischen den Körpern X und Y eine kritische Geschwindigkeit überschreitet, kann eine korrekte Lesung nicht mehr aufrechterhalten werden und wenn die relative Geschwindigkeit unter eine bestimmte kritische Geschwindigkeit absinkt, kann die genaue absolute Adresse noch ein einmal gelesen werden.

Ein weiteres Merkmal bei dem Absolut-Typ-Codierer besteht darin, daß bei mechanischen Erschütterungen und Vibrationen und bei elektrischem Rauschen von Schaltern od. dgl. die Wirkungsweise erheblich vermindert ist.

Der Absolut-Typ-Codierer hat jedoch seine inhärenten Nachteile in seiner fundamentalen Anordnung oder Konstruktion, vas sich genauer aus der Beschreibung von Fig. 2 ergibt. In Fig. 2 ist eine Codiermaske oder Platte P mit drei-bit-Binärziffern oder Codierungen "110", "010" und "101" markiert. Ein schraffiertes Feld stellt dabei eine binäre "1" während ein weißes Feld eine binäre Null "0" darstellt. Ein Leser ist mit drei Lesköpfen iii, iv und V versehen, so daß die binär codierten Marken auf der Codiermaske P von links nach rechts abgetastet werden können. Venn die frei Lesköpfe iii, iv und V genau vertikal ausgerichtet sind, dann werden die binären Codierungen oder Ziffern "110", "010" und "101" genau ausgelesen, wie die Reihenfolge gemäß Fig. 2a zeigt. Wenn jedoch der Lesekopf iv gegenüber dem unteren Lesekopf ν und dem oberen Lesekopf iii nicht genau ausgerichtet ist und beispielsweise um den Abstand 1 gemäß Fig. 2b verschoben ist, wobei der Abstand 1 der horizontale Abstand zwischen der vertikalen Linie durch das Zentrum des nicht genau ausgerichteten Lesekopfes iv und der vertikalen Linie durch die Zentren der Leseköpfe iii und ν ist, dann würden die Ausgänge "110", "010", "111" und "101" sein. Das bedeutet, daß der falsche Ausgang "111" zwischen "010" und "101" erzeugt

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wird. Wenn ein mit dem Leser verbundener Digitalrechner so programmiert ist, daß eine Anweisung in Antwort auf den Ausgang ^H111^W abgegeben wird, dann wäre ein ernster Vorfall das Ergebnis.

Diese Fehlfunktion ist jedem Absolut-Typ-Codierer inhärent unabhängig vom jeweiligen Typ, wie z.B. dem Bürstentyp, dem optischen Typ, dem Magnettyp usw. Wenn die Breite der binären Codierungen zur Vergrößerung der Genauigkeit in der Positionserkennung vermindert wird und daraus eine sehr geringe Fehlausrichtung zwischen den Leseköpfen folgt, ergeben sich sogar erhöhte Pehlerausgänge.

Um die Fehl funkt ionen oder irrtümlichen Ausgänge zu vermeiden» ist ein in Fig. 3 dargestellter Binärcode entwickelt worden. Die Codiermaske ist dabei mit vier-bit-binär-Ziffern oder — Codierungen markiert, wobei ein schraffiertes Feld eine binäre eins "1" darstellt, während ein weißes Feld eine binäre Null "0" darstellt und die geringskennzeichnende, die nächstgeringstkennzeichnende, die übernächstgeringstkennzeichnende und die am meisten kennzeichnende Ziffer in dieser Reihenfolge mit C₀, C₁, C₂ und C₃ jeweils bezeichnet ist. Die Dezimalziffern 0, 1, 2, 3 usw. werden durch die binären Ziffern oder Codierungen in entsprechenden Spalten dargestellt. Dies ist ein Positions-Binär-Einheitsabstand-Code-System für aufeinanderfolgende Zahlen, deren Ziffern die gleichen außer an einer Stelle sind und wobei sich diese Ziffernstelle durch eine Einheit unterscheidet. Wird beispielsweise die binäre Zahl, welche die dezimale Zahl "0^M darstellt, mit der binären Zahl, welche gleich der dezimalen Zahl ^W1 ⁿ ist verglichen, so sind sie darin verschieden, daß die Ziffern lediglich bei der letzten kennzeichnenden Ziffer C_Q von·!· einander verschieden sind. In gleicher Weise sind die binären Zahlen, welche die Dezimalzahlen "9" und "10" darstellen oder die Adressen 9 und 10 bilden, darin verschieden, daß die Ziffern bei C₁. um eine ziffer verschieden sind. Diese Codesystem wird

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als sogenannter Gray-Code bezeichnet und ist vorteilhaft, da der Gray-Code leicht in einen normalen Binärcode umgesetzt verden kann. Mit dem Gray-Code gemäß Fig. 3 wird kein falscher Ausgang erzeugt, und zwar auch dann nicht, wenn die Leseköpfe beispielsweise der Lesekopf ν nicht korrekt ausgerichtet sind gegenüber anderen Leseköpfen vi, vii und viii wie dies mit dem Abstand 1 in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn daher die Adressen 0, 1, 2 und 3 usw. durch den Gray-Code oder einen anderen Einheitsabstands code dargestellt werden, dann ist eine korrekte Erkennung möglich.

Im allgemeinen wird der Ausgang von Absolut-Codierem der oben beschriebenen Art in einen Rechner mit hoher Kapazität gespeist oder in einen Kleinstcomputer oder Mikrorechner, so daß der Ausgang des Codierers in dezimal, duodezimal oder sexagesimal Ziffern umgesetzt werden muß. Obwohl durch den Gray-Code eine falsche Lesung verhindert wird, sind dennoch aufwendige logische Schaltkreise für die Umsetzung der Binärzahlen in Dezimalzahlen, Doudezimalζahlen und Sexagesimalzahlen erforderlich, so daß die Kosten dafür ansteigen, während die Betriebssicherheit abnimmt.

Zur Lösung dieser Probleme sind Binärcodesysteme entwickelt worden, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind. In dea Positions-Binär-Code-System gemäß Fig. 4 ist die Codiermaske oder Platte P in 60 Spalten und θ Reihen unterteilt, wobei wiederum ein weißes Feld eine binäre Zahl ^M0^M darstellt, während ein schraffiertes Feld die binäre Zahl ^M1" darstellt. Vier Bits C_rt, C_n, C₀ und C«, stellen eine am wenigsten kenn-

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zeichnende Ziffer 10 der dezimalen Zahl dar, während die Bits C., C_, C₆ und C„ die nächst unwichtigste oder zweitwichtigste Ziffer der Dezimalzahl darstellen. Dies bedeutet, daß die DezjL-malziffern von ¹¹O" bis ^M60^M im Gray-Code dargestellt werden.

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Da jede Ziffer einer Dezimalzahl durch einen Einheitsabstandscode mit einem Signalabstand von "1" dargestellt wird, wird eine fehlerhafte Lesung vermieden und die Umsetzung in eine Dezimalzahl kann leicht durchgeführt werden. Dieses Codesystem beinhaltet jedoch eine Übertragungszweideutigkeit. Das heißt wenn beispielsweise die binäre Zahl, welche "9* oder "19" oder "59" darstellt, zu der binären Zahl, welche "10" oder "20" oder "60" darstellt, wechselt, dann wechseln die Bits auf vier Stellen, so daß der Einheitabstand nicht aufrechterhalten werden kann und konsequenterweise Fehlausgänge erzeugt werden zwischen den Adressen 9 und 10, 19 und 20 sowie 59 und 60.

Bei dem Codesystem, das in Fig. 5 dargestellt ist, werden die Dezimalzahlen von 0 bis 9 ebenfalls durch einen Einheitsabstands code dargestellt mit einem Signalabstand von "1" und die binären Ziffern, welche die Dezimalzahlen "0" und "9" darstellen, werden so ausgewählt, daß sie sich durch eins voneinander unterscheiden, so daß der Einheitsabstand bei jeder Ziffer der Dezimalzahlen beibehalten werden kann. Das in Fig. 5 dargestellte Codesystem ist jedoch kein Einheitsabstands code im ganzen. Wenn beispielsweise die Binärziffern, welche die Dezimalzahl "9" oder "19" darstellen, zu der Binärzahl, welche die Dezimalzahl oder Adressen "10" oder "20" wechseln, dann wechseln zwei Ziffern. Als Ergebnis daraus ist zur Vermeidung fehlerhafter Ausgänge erforderlich, daß zusätzliche komplizierte Baumaßnahmen ergriffen werden müssen.

Zur Lösung der oben aufgezeigten Probleme, die bei bekannten Positions-Binär-Code-Systemen zur Erkennung relativer Positionen oder Verschiebungen auftreten, wurden ausführlichste Studien und Versuche durchgeführt, um zu einer Lösung zu kommen, welche diese Nachteile vermeidet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung dem Ober-

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begriff des Anspruchs 1 genannten Art derart zu schaffen, daß fehlerhafte Ausgangssignale vermieden und eine genaue Erkennung der relativen Position oder Verschiebung zwischen zvei Körpern bei einer leichten Umsetzung der Ausgangssignale in eine entsprechend binär codierte Zahl ermöglicht vird.

Diese Aufgabe vird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein besonderer vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Ausgangssignale leicht in eine angepaßte, binär codierte Zahl umgesetzt werden können, so daß eine codierte Platte oder Scheibe bei einem AD-Wandler verwendet verden kann, velche am besten als Interface für eine Vielzahl von Rechnern verwendet verden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Körper aus einem Viedergabemedium bestehen kann, vie z.B. einem Magnetband od. dgl., so daß eine automatische Adressierungsvorrichtung od. dgl. zur korrekten, schnellen und automatisch wiederholenden Datenwiedergabe auf dem Viedergabemedium vervendet verden kann.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Übersicht zur Erklärung eines Absolut-Typ-Codierers;

Fig. 2a und 2b Darstellungen zur Erklärung der Erzeugung fehlerhafter Ausgänge bei einem Codierer gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Codiermaske oder Platte velche mit einem Gray-Code markiert ist;

Fig. 4 eine Darstellung einer Codiermaske oder Platte bei velcher jede Ziffer eines Dezimalsystems durch einen Graycode dargestellt ist;

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Fig. 5 eine Darstellung ähnlich der gemäß Fig. 4» bei welcher jedoch die binäre Zahl, welche die dezimale Zahl "0" darstellt und die binäre Zahl, welche die dezimale Zahl "9" darstellt, voneinander durch einen Signalabstand verschieden sind;

Fig. 6 ein Positions-Code-System gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem zwei Einheits-Abstands-Code zur Darstellung einer Dezimalzahl verwendet werden;

Fig. 7 die Schaltung eines logischen Schaltkreises zur Umsetzung des Codes welcher von dem Codesystem gemäß Fig. 6 abgeleitet in ein binär codiertes Dezimalsystem umgesetzt wird;

Fig. 8 eine Modifikation des ersten Codes gemäß dem Codesystem nach Fig. 6;

Fig. 9 eine Schaltung eines Schaltkreises zur Verarbeitung der Binärziffern welche von dem modifizierten Code gemäß Fig. 8 abgeleitet werden;

Fig. 10 eine Modifizierung des ersten Codes des Codesystems gemäß Fig. 6, wobei dieser modifizierte Code zur zyklischen Zählung geeignet ist;

Fig. 11 eine Schaltung eines logischen Schaltkreises welcher in Verbindung mit dem modifizierten Code gemäß Fig. verwendet wird;

Fig. 12 eine Modifikation des Codesystems gemäß Fig. 6, wobei dieses modifizierte Codesystem vorteilhaft ist, wenn ein Maximum an relativer Verschiebung eine Zufallszahl ist, außer jener, deren letzte kennzeichnende Ziffer "0" ist, so daß das Einheitsabstandsverhältnis nicht zwischen ^M0^H und der maximalen Verschiebung oder Position "359·· beibehalten werden kann;

Fig. 13 eine Schaltung eines logischen Schaltkreises welche im Zusammenhang mit dem modifizierten Codesystem gemäß

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Fig. 12 verwendet wird;

Fig. 14, 15 und 16 Wertetabellen, welche ein EXKLUSIVES ODER, UND und ODER-GATTER zusammen mit einer dazugehörigen Welle darstellen; und

Fig. 17, 18 und 19 schematische Ansichten einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform eines optischen Absolut-Typ-Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 6 ist das binäre Codesystem entsprechend der vor» liegenden Erfindung beschrieben. Für dieses Codesystem muß zuerst ein binär codierter Basis-n-Code (vobei η größer 8 2 ist) bestimmt werden, zur Darstellung der relativen Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern. Als nächstes werden erste, zweite, dritte, ·.., und n-te Einheits-Abstands-Code bestimmt', wobei η vorzugsweise der kleinste Bruchteil oder der in einer Zahl ohne Rest aufgehende Teiler von η außer 1 ist, um so die Basis-n-Zahlen 0, 1, 2, ..., und n-1 darzustellen. Die Binärzahl in dem ersten Code stellt die Basis-n-Zahl ⁿ0ⁿ dar und muß die gleiche sein wie die Binärziffer in dem m-ten Code, welcher die Basis-n-Zahl "n-1" darstellt und die Binärzahl in dem ersten Code, welche die Basis-n-Zahl "n-1" darstellt, muß die gleiche sein wie die Binärzahl in dem nächsten oder zweiten Code, welche die Basis-n-Zahl "0" darstellt. Dasselbe gilt für das Verhältnis zwischen dem zweiten und dritten Code, dem dritten und vierten Code, ... und zwischen dem m-1-ten und dem m-ten Code.

In Fig. 6 ist die Basis 10 und die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern wird durch ein binär codiertes Dezimal dargestellt. Bruchteile oder der in einer Zahl ohne Rest aufgehende Teiler von "10" sind 1, 2, 5 und 10 und der kleinste Bruchteil der in einer Zahl ohne Rest aufgeht ist außer 1 die Zahl 2. Daher ist ns 2 und erste und zweite Codierungen 3 und 4 werden bestimmt zur Darstellung der dezimalen

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Zahl von "Ο·¹ bis ^M9^W. Die binäre Ziffer 6 in dem ersten Code stellt die dezimale Zahl "O" in gleicher Weise dar wie die binäre Ziffer 7- in dem zveiten Code 4 stellt die dezimale Ziffer ^M9^M dar und die binäre Ziffer 8 in dem ersten Code 3 stellt die dezimale Ziffer n-1 oder "9" dar, vas gleich der binären Ziffer 9 in dem zveiten Code 4 entspricht, velcher die dezimale Ziffer "0" darstellt. Die binären Ziffern bestehen aus sechs Bits, A, B, C, D, E und P, veshalb dezimale Zahlen von ^M0" bis ^M23" dargestellt werden können. Sowohl der erste als auch der zweite Code sind Vier-Bit-Einheitsabstand— Code. Hierbei sollte angemerkt werden, daß die Bitmuster bei der zveiten Ziffer B sowohl bei dem ersten als auch bei dem zveiten Code gleich sind, während die Bitmuster bei den ersten, zweiten und vierten Ziffern A, C und D entgegengesetzt den ersten und zweiten Code sind und wobei ein weißes Feld die binäre Zahl ^M0" darstellt, während ein schraffiertes Feld die binäre Zahl "1" darstellt. Beispielsweise weist das Bitmuster in der Reihe D in dem ersten Code eine Gruppe von acht aufeinanderfolgenden weißen Feldern oder ¹¹O¹¹ dar und eine Gruppe von zwei aufeinanderfolgenden schraffierten Feldern oder "1^M vährend das entsprechende Bitmuster bei dem zveiten Code eine Gruppe von acht aufeinanderfolgenden schraffierten Feldern oder "1" und eine Gruppe von zwei aufeinanderfolgenden weißen Feldern oder "0" darstellt.

Der in Fig. 7 dargestellte Schaltkreis wird zur Umsetzung der dezimalen Zahlen von 0 nach 999 in einem binär codierten Dezimalsystem verwendet. Die Bits A bis L (G bis L sind in Fig. nicht dargestellt), werden an ihren entsprechenden Eingängen angelegt und die dezimalen Ziffern an den Ausgängen 11 werden gewichtet. Jeder der logischen Schaltkreise 12, 13 und 14 setzt den ersten Gray-Code 3 in eine direkte Binärziffer um, welche jeweils eine Dezimalziffer einer Zahl darstellen und die logischen Schaltkreise 15 und 16 setzen den ersten und zweiten Gray-Code 3 und 4 in den ersten Gray-Code 3 um. Ein

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Signal wird über eine Leitung 17 zu einem logischen Schaltkreis 15 übertragen, um damit eine Steuerung zu erreichen, welche davon abhängt, ob die Dezimalziffer bei der Ziffer der Hunderter verschieden oder gleich ist. In gleicher Weise vird durch eine Leitung 18 ein Signal zu dem Einheitslogikschaltkreis 16 übertragen, um damit die Steuerung davon abhängig zu machen, ob die Dezimalziffer der Zehner gleich oder ungleich ist. Die Wertetabelle eines EXKLUSIV-ODER-Gaters 19 velches in dem Schaltkreis gemäß Fig. 7 verwendet wird, ist in Fig. 14 dargestellt.

In Fig. 8 ist eine Modifikation des ersten Codes 3 gemäß Fig. 6 dargestellt. Der modifizierte Code 22 verwendet nur vier Bits M, N, 0 und P um elf Dezimalzahlen von "0" bis "10" darzustellen, wobei die Bits entlang der Ordinate 21 aufgetragen sind, während die Dezimalzahlen entlang der Abszisse 20 aufgetragen sind. Wenn dieser modifizierte Code 22 verwendet wird, um die am meisten kennzeichnende Ziffer einer Dezimalzahl darzustellen, dann wird ein* Anwachsen der Bitzahl entsprechend einem Träger (carry) vermieden. Genauer gesagt, wird mit dem Codesystem gemäß Fig. 6 eine Zählung von "0" bis "999" durchgeführt, aber wenn die am wenigsten kennzeichnende Ziffer und die am nächstwenigsten kennzeichnende Ziffer (die Ziffer von den Zehnern) durch das Codesystem gemäß Fig. 6 dargestellt werden, während die am meisten kennzeichnende Ziffer (die Ziffer der Hunderter) durch das modifizierte Codesystem gemäß Fig. 8 dargestellt werden, ist eine Zählung von "0" bis "1000" möglich.

Fig. 9 zeigt einen Schaltkreis der in Verbindung mit dem modifizierten Code gemäß Fig. 8 verwendet werden kann. Die Bits N, N, 0 und P werden an ihren entsprechenden Eingängen 23 angelegt und in entsprechende direkt binäre Bits 25 und einen Träger 24 bzw. eine Basis umgesetzt. Die Wertetabelle des EXKLUSIV-ODER Gatters 19 und des UND-Gatters 26 ist in Fig. 14

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bzw. 15 dargestellt.

Fig. 10 zeigt eine weitere Modifikation des ersten Codes gemäß Fig. 6 und dieser modifizierte Code 29 kann vorteilhaft verwendet werden bei zyklischer Zählung. Wird beispielsweise angenommen, daß nach einer Zählung von ¹¹O" nach ^M999^M die Zählung wiederholt werden soll, um erneut von "0^M ab zu zählen, dann müssen die Ziffern der binären Ziffern "0" und "999·· an jeder Stelle die gleichen sein, außer an einer und auf dieser Stelle müssen sich die Ziffern um eins unterscheiden· Mit dem Codesystem gemäß Fig. 6 ist die binäre Ziffer, welche die Dezimalziffer "9" mit der am meisten kennzeichnenden Ziffer der Dezimalzahl "999·· darstellt, gleich ^M1O11^M während die binäre Ziffer welche die Dezimalzahl ^M0^H darstellt, gleich "0000" ist. Als ein Ergebnis daraus, müssen die Ziffern an drei Stellen wechseln. Bei dem Codesystem gemäß Fig. 6 veist die binäre Ziffer, welche die Dezimalziffer an der am meist kennzeichnenden Ziffer einer Dezimalzahl von irgendeiner Länge von Ziffern darstellt, immer drei "1"-Bits auf. Bei dem modifizierten Code 29 gemäß Fig. 10 sind die Bits Q, R, S, und T entlang der Ordinate aufgetragen, während die zehn Dizimalziffern von ¹¹O" bis "9" entlang der Abszisse aufgetragen sind.

Unter der Annahme, daß beispielsweise die Zählung von "0" bis W999·· durchgeführt wird, wird das Codesystem gemäß Fig. 6 zur Darstellung der am wenigst bedeutsamen und der am nächstwenigsten bedeutsamen Dezimalziffer von einer Zahl verwendet und der modifizierte Code 29 gemäß Fig. 10 wird zur Darstellung der am bedeutsamsten Ziffer oder der Ziffer von Hundertern verwendet. Die binäre Ziffer 30, die die dezimale Ziffer bei der am bedeutsamsten Ziffer oder der Ziffer der Hunderter von der Dezimalzahl »»999·« darstellt, ist dann ¹¹OOOI". Mit anderen Worten, ist nur das Bit T der Binärziffer 30 auf " einem hohen Spannungspegel oder in dem Zustand "I". Die Binär-

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Ziffer, welche die Dezimalzahl ¹¹O¹¹ darstellt, ist ¹¹OOOO". Wenn daher die Dezimalzahl "999·· zu der Dezimalzahl "0" wechselt, dann wechselt nur ein Bit.

In Fig. 11 ist ein Schaltkreis dargestellt, welcher in Verbindung mit den modifizierten Code 29 gemäß Fig. 10 verwendet wird. Vier Bits Q, R, S und T werden an ihren entsprechenden Eingangsanschlussen 31 angelegt und in entsprechende Bits A, B, C und D des ersten Gray-Cotes gemäß dem Cotesystem in Fig. an den Ausgangsanschlussen 32 umgesetzt. Dies bedeutet, daß der Schaltkreis den modifizierten Code 29 in einen ersten Code 3 des Codesystems gemäß Fig. 6 umsetzt. Die Wertetabelle der EXKLUSIV-ODER- und ODEK-Gatter 19 und 33 gemäß Fig. 11 ist jeweils in den Fig. 14 und 16 dargestellt.

In Fig. 12 ist ein weiteres, modifiziertes Codesystem dargestellt, das zur zyklischen Zählung der Dezimalzahl ¹¹O" zu einer Dezimalzahl mit mehreren Bits in dem Zustand von "1" geeignet ist. Dies bedeutet, daß mit diesem modifizierten Code das Diskontinuitätsproblem zwischen der Dezimalzahl "0" und der maximalen Dezimalzahl mit mehreren Bits im Zustand von "1^M gelöst werden kann. Bei dem Code gemäß Fig. 12 wird eine zyklische Zählung von der Dezimalzahl "0" zu der Dezimalzahl "359" durchgeführt. Die Dezimalzahlen sind entlang der Abszisse 34 aufgetragen, während die Bits a bis k der Binärziffern entlang der Ordinate 35 aufgetragen sind. Die Dezimalziffern bei der am geringst kennzeichnenden Ziffer oder der Ziffer der Einheiten und bei den nächstwenigst kennzeichnenden Ziffer oder der Ziffer mit den Zehnern werden durch Vier-Bit—Binärziffern dargestellt, während die Dezimalziffer bei der am meisten kennzeichnenden Ziffer oder der Ziffer der Hunderter durch eine Zwei-Bit-Binärzahl dargestellt wird. Dieses modifizierte Codesystem ist im wesentlichen ähnlich dem Codesystem gemäß Fig. 6, außer daß 10 Bits (a-k) verwendet werden. Ein Synchronisationsbit 37 wechselt nach "0" oder

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einem niedrigem Spannungspegel nur und nur dann, wenn die Dezimalzahl "O" ist und verbleibt in dem Zustand "1" wenn die Zehn-Bit-Binärziffern eine Dezimalzahl außer "0" darstellen. Wenn die Maximumdezimalzahl ^W359^H nach ¹¹O" wechselt, wechseln die Bits in den Stellen j 38, h 39 und f 40 von ^M1" nach "0".

In Fig. 13 ist ein Schaltkreis dargestellt, welcher in Verbindung mit dem Codesystem gemäß Fig. 12 verwendet werden kann. Eine Übertragungszeitabstimmung der Bits j 38, h 39, f 40 und a 41, von denen alle mit dem Synchronisationsbit k verbunden sind, wird gemäß der Darstellung in Fig. 12 so verzögert, daß eine korrekte Synchronisation aufrechterhalten werden kann.

In den Fig. 17, 18 und 19 sind drei bevorzugte Ausführungsformen eines Absolut-Typ-Codierers entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie nachfolgend noch genauer beschrieben, sind alle Ausführungsformen von dem Typ, bei welchem Lichtstrahlen durch eine Codierungsmaske oder einen Codierungsmaßstab hindurch übertragen oder von der Codierungsmaske oder dem Codierungsmaßstab reflektiert werden und von optischen Sensoren aufgenommen werden. Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 17 und 18 werden die Lichtstrahlen durch die Codierungsmaske oder dem Codierungsmaßstab hindurch übertragen, während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 die Lichtstrahlen von der Codierungsmaske oder dem Maßstab reflektiert werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 17 ist das Code im Muster in Polarkoordinaten aufgetragen.

Gemäß Fig. 17 sind zwischen einer Anordnung von Lichtquellen und einer Anordnung von optischen Sensoren 45 eine Schirmmaske 47 mit einer Vielzahl von Schlitzen 46 und eine Codierungsscheibe 49 aus einer Glasplatte zwischengelagert, wobei die Glasplatte mit einem lichtstrahlabschirmenden Codiermuster

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eines Einheitsabstandscodes versehen sind, wie zuvor beschrieben. Venn das Codiermuster 48 die Schlitze 46 der Schirmmaske 47 überlappt, dann werden die Lichtstrahlen von der Lichtquellenanordnung 44 unterbrochen, so daß das die Schlitze 46 überlappende Codemuster durch die optische Sensorenanordnung aus gelesen verden kann. Dies bedeutet, daß bei Rotation der Achse 50 in der durch den Pfeil 51 angedeuteten Richtung die Binärziffern eines Binheits-Abstands-Codes aus gelesen werden können.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 18 sind zwischen einer Lichtquellenanordnung 51 und einer optischen Sensorenanordnung oder Reihe 52 eine Schirmmaske 54, welche mit einer Anzahl von Schlitzen 53 versehen ist und eine Codiermaske 56 aus einer Glasplatte zwischengelagert, wobei die Codiermaske ein Codiermuster 55 eines Einheits-Abstands-Codes des oben beschriebenen Typs trägt. Venn das Codiermuster 56 die Schlitze 53 überlappt, werden die Lichtstrahlen von der Lichtquellenanordnung 51 unterbrochen, so daß die optische Sensorenanordnung 52 das die Schlitze 53 überlappende Codemuster 55 aus lesen kann. Vexai die Codiermaske 56 von links nach rechts oder von rechts nach links verschoben wird, dann können die Binärziffern in einem Einheits-Abstands-Code aus gelesen werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 wird das Licht von einer Lichtquelle 57 durch einen Halbspiegel 58 zurückgeworfen, zu einer Codiermaske 59» welche aus einer lichtreflektierenden Metallplatte hergestellt ist und auf welcher ein Codemuster mit einem nichtreflektierenden Material aufgetragen ist. Das von der Codiermaske 59 zurückreflektierte Licht wird durch eine Projektionslinse 62 im Hohlraum der Schlitze 63 einer Schirmmase 64 so fokussiert, daß eine optische Sensoranordnung 60 das Codemuster 61 erkennen kann. Venn die Codiermaske 49 von links nach rechts oder von rechts nach links ver-

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schoben wird, dann können binärische Ziffern eines Einheits-Abs tands -Codes abgeleitet werden.

Es ist verständlich, daß die Anmeldung der vorliegenden Erfindung nicht auf den oben in Bezug auf Fig. 17, 18 und 19 beschriebenen Absoluten-Typ-Codierer beschränkt und daß die . vorliegende Erfindung in einem weiteren Anwendungsgebiet verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Einheits-Abstands-Code der vorliegenden Erfindung auf die Adressenspeicherspur eines Magnetbandes aufgezeichnet und der Transport dieses Magnetaufzeichnungsbandes kann gestoppt werden, wenn ein Magnetkopf einen vorbestimmten Code oder eine Binärziffer ausliest. Auf diese Weise können Informationen oder Daten die bei einer spezifischen Adresse auf einem magnetischen Aufzeichnungsband gespeichert sind, automatisch ausgewiesen werden. Ferner ist die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Codesystem zur Erzeugung binär codierter Dezimalzahlen beschrieben worden, aber dennoch versteht sich, daß die vorliegende Erfindung ebenso bei einem Code zur Erzeugung einer binär codierten Basisn-Zahl verwendet werden kann.

Zusammenfassend wird somit mit der vorliegenden Erfindung ein Codemuster auf einer Oberflächenseite von einem von zwei beweglichen Körpern in Bewegungsrichtung aufgebracht und ein Leser wird auf dem anderen Körper zum Lesen des Codemusters auf dem einen Körper befestigt, so daß die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei Körpern gemessen werden kann. Ein vollständiger Einheits-Abstands-Code mit einem Signalabstand von ^M1ⁿ wird auf dem einen Körper so markiert, daß fehlerhafte Ausgänge vermieden und konsequenterweise die Zuverlässigkeit erheblich vergrößert werden kann. Da fehlerhafte Ausgänge vermieden werden, kann die Breite der transparenten oder opakten Bereiche des Codemusters vermindert werden, so daß die Genauigkeit im Meßbereich merklich verbessert wird.

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Des weiteren wird im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem kein vollständiges Einheits-Abstands-Codesystem mit einem Signalabstand von "1" verwendet wird, bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Synchronisationsbit zur Vermeidung fehlerhafter Ausgänge verwendet. Als ein Ergebnis davon, wird die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung einfach im Aufbau und billig in der Herstellung, obwohl eine hohe Zuverlässigkeit in der Funktion erreicht wird.

Sogar dann, wenn die Ausgänge von dem Codierer, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, parallel übertragen werden und sogar wenn die Ausgangsimpulse so sind, daß ihre Übertragungszeit nicht klar ist, dann werden fehlerhalfte Ausgänge minimissiert, weil ein Einheits-Abstands-Code entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Im Falle der Serienübertragung kann ein Übertragungsfehler leicht erkannt werden, da ein Vergleich zwischen vorhergehenden und nachfolgenden Impulsen erfolgt.

Venn die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einen Absolut-Typ-Codierer wie oben mit Bezug auf Fig. 17, 18 und beschrieben, eingebaut wird, dann kann der Codierer an alle Rechner angeschlossen werden, welche sehr zuverlässig und schnell in der Funktion sind und welche jegliche Art von Codeeingängen verwenden können, ohne daß ein komplizierter Codeumsetzer erforderlich ist. Des weiteren kann, wie oben beschrieben, der Code entsprechend der vorliegenden Erfindung auf ein Datenwiedergabemedium, wie z.B. ein Magnetband aufgezeichnet zur Erleichterung der automatischen Adressierung verwendet werden.

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Claims

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Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha, Tokio / Japan

Ansprüche

Vorrichtung zur Erkennung der relativen Position oder Veränderung zwischen zwei beweglichen Körpern derart, daß ein Codesystem, das die relative Position oder Verschiebung zwischen zwei beweglichen Körpern darstellt, auf einem der beiden beweglichen Körper in Richtung der Bewegung oder Veränderung aufmarkiert ist und wobei eine zum Lesen des Codesystems auf dem beweglichen Körper geeignete Lesevorrichtung auf dem anderen beweglichen Körper aufmontiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß
(A)

(a) das auf den beweglichen Körper vorgesehene Codesystem eine binär codierte Basis-n-Zahl (wobei η größer » 2) darstellt, bei welcher jede Stelle der Basis-n-Zahl durch binäre Ziffern dargestellt ist,

(b) das Codesystem aus ersten, zweiten, dritten .·. und n-ten Codierungen besteht (wobei η gleich ist der kleinste Bruchteil oder der in einer Zahl ohne Rest aufgehende Teiler außer eins der Basis-n-Zahl), welche aufeinanderfolgend und zyklisch zur Darstellung jeder Stelle 0, 1, 2, ... und n-1 der Basisn-Zahl angeordnet sind, wobei jeder der ersten, zweiten, dritten·· und n—ten Codierungen aus einem Einheitsabstand -Code besteht, bei welchem der Signalabstand zwischen aufeinanderfolgenden binären Ziffern eins ist,

(c) zwischen aufeinanderfolgenden Codierungen die binäre Ziffer, welche die Basis-η ^Mn-1ⁿ in der vorhergehenden Codierung darstellt, gleich ist mit der binären Ziffer, welche die Basisn ⁿ0" in der nachfolgenden Codierung darstellt, und

(B) die Lesevorrichtung einen Codeumsetzerkreis aufweist, welcher die ersten, zweiten, dritten,... und η-ten Codierungen in einem gemeinsamen Binärcode umsetzt, wobei die relative

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ORIGINAL INSPECTED

Position oder Verschiebung zwischen den beiden beweglichen Körpern durch die binär codierte Basis-n-Zahl dargestellt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem aus 11 Vier-Bit-Binärziffern besteht, welche die Zahlen ^M0» bis ¹MO¹¹ darstellen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem aus 10 Vier-Bit-Binärziffern besteht, welche die Zahlen ¹¹O" bis "9¹¹ darstellen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem eine Dezimalzahl darstellt und die meist kennzeichnende (-höchstwertige) Stelle der Dezimalzahl durch eine wenigerals-drei-Bit-Binärzahl ausgedrückt ist, während die übrigen Stellen durch Vier-Bit-Binärzahlen dargestellt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem ein weiteres Synchronisationsbit enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codesystem eine Dezimalzahl darstellt und die am wenigsten kennzeichnende Ziffer der Dezimalzahl durch weniger-als-drei-Bit-Binär-Ziffern ausgedrückt ist, während die verbleibenden Dezimalziffern durch Vier-Bit-Binär-Ziffem dargestellt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Binärziffer, die die Basis-η ^M0" in dem ersten Code darstellt, die gleiche ist wie die Binärziffer, welche die Basisn "n-i^w in dem m-ten-Code darstellt.

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