DE4033764C2 - Meßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Bestimmung der Drehlage der Welle von Schrittmotoren ist es bekannt, auf einer mit der Welle verbundenen Scheibe eine ein regelmäßiges Raster aufweisende Inkrementbahn sowie eine Codebahn z. B. im Gray-Code anzuordnen, mit denen eine Lichtschrankenanordnung zusammenwirkt, mittels der es möglich ist, z. B. im Reflexionsverfahren die Drehlage der Welle zu bestimmen. Dabei ist es möglich, die Drehlage absolut z. B. in Form von 48 Stellungen pro Umdrehungen zu erkennen. Der Gray-Code besteht dabei aus mindestens 6 Bits, um 48 verschiedene Winkelstellungen zu erkennen.

Bei der berührungslosen Erfassung der Winkelstellung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschien kann die inkrementale Darstellung durch Zählen von 0/1-Übergängen auf einem fest mit der Drosselklappe verbundenen Maßstab aufgrund möglicher Zählfehler zu einem hohen Risiko führen. Des weiteren erfordert eine parallele Zahlendarstellung jeweils einen Aufnehmer pro Bit und damit einen erhöhten Schaltungstechnischen Aufwand für die Binärwerterfassung.

Aus der DE 31 17 554 C2 ist eine Meßeinrichtung zur Messung des Verstellweges von in zwei Richtungen verstellbaren Meßobjekten bekannt, die aus einer stationären Lichtschrankenanordnung und einer am Meßobjekt angeordneten, ein regelmäßiges Inkrementraster aufweisenden Inkrementbahn, der eine Codebahn zugeordnet ist, besteht, wobei die Verstellung der Inkrement- und der Codebahn mittels der Lichtschrankenanordnung abgetastet und ausgewertet wird.

Über diese Merkmale hinaus ist aus der DE 35 36 466 A1 auch noch bekannt, daß mehrere Inkrementelemente einer Inkrementbahn ein Intervall bilden, das durch Stützpunktelemente begrenzt ist, denen ein Absolutwert bezüglich der relativen Lage der Inkrementbahn zugeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung anzugeben, mittels der sich bei geringem schaltungstechnischen Aufwand und hoher Sicherheit die Lage eines Meßobjekts, insbesondere einer Drosselklappe, genau bestimmen läßt. Dabei muß auch berücksichtigt werden, daß die Verstellung des Meßobjekts in zwei Richtungen erfolgen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die vorgeschlagene Ausbildung beruht darauf, daß sich einerseits durch die Schaffung von Stützstellen, anhand derer der von einem Zähler ermittelte Winkelwert mit einem Absolutwert verglichen werden kann, und andererseits durch eine serielle Zahlenerfassung, der schaltungstechnische Aufwand niedrig halten läßt.

Jede Verstellung des Meßobjekts führt zu einer Relativbewegung gegenüber zwei Aufnehmern, denen die Inkrementbahn und die Codebahn zugeordnet sind, die zusammen einen Maßstab bilden. Die Inkrementbahn mit konstanter Teilung enthält dabei die Information über dem zurückgelegten Weg und liefert das Triggersignal für das Lesen des Zahlencodes auf der Codebahn. Die Codebahn liefert in Zusammenwirkung mit der Inkrementbahn eine Information über die Bewegungsrichtung, die Absolutposition der Stützpunkte sowie den Anfang und das Ende der Intervalle der Inkrementbahn. Da durch die Zusammenwirkung zwischen Inkrementbahn und Codebahn eine Information über die Bewegungsrichtung erhalten wird, kann der Maßstab in beide Richtungen gelesen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Darstellung eines Ausschnittes einer Inkrementbahn (Fig. 1) und der zugehörigen Codebahn sowie eines Flußdiagramms (Fig. 2) beispielsweise erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Inkrementbahn 11, die aus einzelnen Inkrementelementen 15 besteht, die zusammen ein nutzbares Intervall bilden, das durch Stützpunktelemente 13 eines Stützpunktrasters begrenzt ist. Die Abstände zwischen den einzelnen Inkrementelementen sind gleichmäßig.

Der Inkrementbahn 11 ist eine Codebahn 12 zugeordnet, sodaß jedem Inkrementelement 15 ein Codeelement 16 zugeordnet ist. Die Zuordnung ist derart, daß in der durch einen Pfeil angegebenen Vorwärtsrichtung die Vorderflanken der Inkrement- und Codeelemente 15 und 16 übereinstimmen, während deren Rückflanken phasenverschoben sind. Beim vorliegenden Beispiel ist die Phasenverschiebung derart gewählt, daß sich bei der Abtastung der Inkrementelemente 15 und der Codeelemente 16 die Bitfolge 10010 ergibt.

Die Vorderflanken und die Rückflanken der Inkrementelemente 13, die die Stützpunkte bilden und zugeordneter Codeelemente 14 der Codebahn 12, sind jeweils gleichsinnig phasenverschoben.

Beim Abtasten des Maßstabs, der durch die Inkrementbahn 11 und die Codebahn 12 gebildet wird, wird der zurückgelegte Weg durch Zählen der 1/0- bzw. der 0/1-Übergänge auf der Code- und der Inkrementbahn ermittelt. Die Bewegungsrichtung wird entweder aus den gleichzeitigen 1/0- Übergängen (=vorwärts) oder den gleichzeitigen 0/1- Übergängen (=rückwärts) auf der Code- und der Inkrementsbahn eindeutig ermittelt. Die Stützpunkte, denen Absolutwerte zugeordnet sind, fallen mit den Markierungen für einen Wortanfang bzw. ein Wortende zusammen, wobei der jeweils nutzbarere Bereich eines Worts aus dem durch die Inkrementelemente 15 gebildeten Intervall besteht. Wortanfang bzw. Wortende sind eindeutig durch die folgende Reihenfolge von Zustandswechseln festgelegt:

1/0-Übergang auf der Inkrementbahn - 1/0-Übergang auf der Codebahn - 0/1-Übergang auf der Inkrementbahn - 0/1- Übergang auf der Codebahn bzw. in umgekehrter Reihenfolge bei Rückwärtsbewegung.

Eine Bewegung zwischen den Stützpunkten, die durch die Stützpunktelemente 13 der Inkrementbahn 11 und die zugeordneten Codeelemente 14 der Codebahn 12 gebildet werden, ist durch den Wechsel von synchronen und zeitlich versetzten Zustandswechseln auf der Code- und der Inkrementbahn charakterisiert.

Jedem Stützpunkt geht in Vorwärtsrichtung eine digitale "0" auf der Codebahn 12 voraus. Dadurch unterscheidet sich die Folge der Zustandswechsel bei einer Änderung der Bewegungsrichtung in jedem Falle eindeutig von der Folge der Stützpunktmarkierungen, da die Zustandswechsel auf der Code- und der Inkrementbahn bei Richtungsänderung nicht abwechselnd erfolgen.

Bei jedem Zustandswechsel auf der Inkrementbahn, mit Ausnahme der Stützpunkte, der nicht synchron mit einem Wechsel auf der Codebahn erfolgt, wird der Zustand auf der Codebahn erfaßt und in einem Lesespeicher (Fig. 2) in das aus Bewegungsrichtung und Inkrementzählerstand ermittelte Bit eingetragen. Sind alle Bits zwischen zwei Stützpunkten ausgefüllt, so wird der Zahlencode jeweils einem der Stützpunkte zugeordnet, und anhand von Plausibilitätskriterien (z. B. der Anzahl der Inkremente zwischen zwei Stützpunkten) überprüft. Ein Inkrementzähler wird dann anhand des Zahlencodes überprüft und gegebenenfalls korrigiert.

Die Gleichzeitigkeit von Zustandswechseln wird über ein hochfrequentes Abtastraster mit einem abhängig von der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit des Meßobjekts zu dimensionierenden Zeitfensters ermittelt.

Claims (4)

1. Meßeinrichtung zur Messung des Verstellweges von in zwei Richtungen verstellbaren Meßobjekten, insbesondere zur Messung des Verstellweges beziehungsweise des Verstellwinkels der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einer stationären Lichtschrankenanordnung und einer am Meßobjekt angeordneten, ein regelmäßiges Inkrementraster aufweisenden Inkrementbahn, der eine Codebahn zugeordnet ist, wobei die Verstellung der Inkrement- und der Codebahn mittels der Lichtschrankenanordnung abgetastet und ausgewertet wird, sowie mehrere Inkrementelemente (15) der Inkrementbahn (11) ein Intervall bilden, das durch Stützpunktelemente (13) begrenzt ist, denen ein Absolutwert bezüglich der relativen Lage der Inkrementbahn (11) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Inkrementelement (15) der Inkrementbahn (11) je ein Codeelement (16) der Codebahn (12) derart zugeordnet ist, daß in der einen Bewegungsrichtung die Vorderflanken der Inkrementelemente (15) und der Codeelemente (16) übereinstimmen und deren Rückflanken phasenverschoben sind und daß die Vorderflanken und die Rückflanken der Stützpunktelemente (13, 14) der Inkrementbahn (11) und der Codebahn (12) gleichsinnig phansenverschoben sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der Rückflanken der Inkrement- und der Codeelemente (15), (16) einer vorgebbaren Codeart, insbesondere einem Gray-Code, entspricht.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Inkrementelemente (15) und Codeelemente (16) eines Intervalls ein Wort mit einer bestimmten Anzahl von Bits des bestimmten Codes bilden.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stützpunktelement (14) auf der Codebahn (12) eine digitale "0" vorausgeht.