DE3028055C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Erfassungssystem, das die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruches 1 aufweist.

Ein bekanntes Erfassungssystem dieser Art (Fernseh- und Kino-Technik, 31. Jahrgang, Nr. 4/1977, Seiten 117 bis 124) ermöglicht es, bei getrennten Bild- und Tonaufnahmen bildgenau die zeitgleichen Aufzeichnungen des Bildfilmes und des Tonträgers zu ermitteln. Hierzu werden in einer Spur, die zusätzlich zu der pro Bild einen Taktimpuls ergebenden Taktspur vorgesehen ist, bei der Aufnahme der Bildfilm und der Tonträger mit einer gleichen Codierung versehen, welche aus einem sich nach jeweils fünfundzwanzig Bildern oder einer Sekunde wiederholenden, 12 bit langen Synchronwort und einer sich daran anschließenden Zeitangabe besteht. Sowohl die Taktinformation als auch die Zeitinformation werden beim Auslesen einem Aufwärts- und Abwärtszähler zugeführt, der aufgrund der Taktimpulse eine incrementale Zählung durchführt, jedoch nach jeder durch ein Synchronwort ausgelösten Erfassung einer Zeitinformation mit dieser überschrieben wird, wodurch der Zählerstand gegebenenfalls berichtigt wird. Da die im BCD-Code dargestellte Zeitinformation nur einen Teil der möglichen bit-Kombinationen benötigt, ist die unerläßliche Unverwechselbarkeit des Synchronwortes mit der Zeitinformation noch realisierbar. Bei einer wesentlich stärkeren Ausnutzung der möglichen bit-Kombinationen, wie sie in der Regel bei Positionserfassungssystemen mit fortlaufender absoluter Positionsangabe erforderlich ist, läßt sich diese Bedingung mit diesem bekannten System aber nicht mehr erfüllen. Hinzu kommt, daß das aus 12 bit bestehende Synchronwort keine sehr hohe Informationsdichte erreichen läßt.

Ungeeignet für ein Positionserfassungssystem ist auch das in der Fernschreibtechnik angewendete Start-Stop-Verfahren (Fernschreibtechnik, transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin, 1966, 3. überarbeitete Auflage 1978, Seite 24), obwohl hier der jedem der binär codierten Telegraphierzeichen vorausgehende Startschritt sich nur über die Dauer eines Schrittes erstreckt und der dem Telegraphierzeichen folgende Stopschritt eine ein- bis zweifache Dauer eines Schrittes hat, die Informationsdichte also größer als bei dem eingangs genannten System ist. Der durch die einzelnen Schritte bestimmte Takt endet nämlich am Ende jedes Fernschreibzeichens und beginnt unabhängig vom vorausgegangenen Takt erneut zu Beginn des nächsten Fernschreibzeichens, was eine fortlaufende Positionsangabe nicht zuläßt.

Ferner ist es zur Adressierung der Speicherplätze einer Speicherplatte bekannt (US-PS 36 31 421), die kreisscheibenförmige Speicherfläche in Sektoren zu unterteilen und jedem Sektor in einer zusätzlichen Spur, die parallel zu einer geschlossenen, zum Plattenmittelpunkt konzentrischen Taktspur angeordnet ist, eine aus 6 bit bestehende Information zuzuordnen, deren 4 erste bit eine Adresse bilden. Diese Information läßt sich jedoch nur dann dahingehend auswerten, daß die durch die einzelnen bits gekennzeichneten Sektorteile aufgefunden werden können, wenn die Drehrichtung der Speicherplatte nicht verändert wird und auch die Winkelgeschwindigkeit zumindest nahezu konstant gehalten wird. Außerdem muß die Adressenspur in sich geschlossen sein. Diese Voraussetzungen sind bei Positionserfassungssystemen häufig nicht erfüllbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erfassungssystem für in Spuren gekennzeichnete Informationen, insbesondere ein Positionserfassungssystem, zu schaffen, das nicht nur von der Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit der Spur relativ zum Lesekopf unabhängig ist, sondern bei dem die Wahl und der Werteumfang des Codes keiner Einschränkung unterliegt und sich eine hohe Informationsdichte erreichen läßt. Diese Aufgabe löst ein System mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Anwendungsmöglichkeiten für ein derartiges System bestehen beispielsweise bei Winkelcodierern, Drehgebern, Code-Linealen, Positioniereinrichtungen für Aufzüge, Flurförderzeuge, Regalanlagen und dergleichen. Bei Hochregallagern kann mit Hilfe der zusätzlichen Information in einfacher Weise sowohl der Gang als auch das Niveau erkannt werden. Unabhängig von der speziellen Anwendung ist es in der Regel von Vorteil, daß nicht nur die zusätzliche Information mit einer hohen Informationsdichte zur Verfügung gestellt werden kann, wozu neben der freien Codewahl die Unterscheidung der Synchronsignale von den Positionswertsignalen mittels der zugehörigen Flanken der Taktinformation beiträgt, sondern daß dank der durch die Verknüpfung gebildeten Positionswerte in Form je eines binär codierten Wortes zu jedem Zeitpunkt der absolute Positionswert abfragbar ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Taktinformation und die zusätzliche Information auch einander in einer einzigen Spur überlagert sein können und daß bei zwei räumlich getrennten Spuren die Taktspur sogar einen Versatz und auch einen Schlupf relativ zur Informationsspur aufweisen darf.

Für die weg- oder winkelabhängigen Impulse kann eine beliebige Schrittlänge gewählt werden. Vorteilhafterweise ist die Schrittlänge jedoch gleich.

Eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der Auswerteeinrichtung läßt sich dann erreichen, wenn man diese mit einem Mikroprozessor ausrüstet.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels mit dem zugehörigen Blockschaltbild,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit dem zugehörigen Blockschaltbild,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels und das zugehörige Blockschaltbild,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 das Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6,

Fig. 7 das Blockschaltbild einer Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6,

Fig. 8 das Blockschaltbild einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel hat eine einzige Spur 10, welche unmittelbar aufeinanderfolgende, gleich lange Abschnitte aufweist, von denen jeder eine lichtdurchlässige Hellzone 11 und eine lichtundurchlässige Dunkelzone 12 enthält. Eine gleiche Länge aller Abschnitte ist jedoch nicht zwingend notwendig. Sie ist nur vorteilhaft, da man dann eine gleiche Größe für alle zu messenden Zähl- oder Positionierschritte erhält. Wie Fig. 1 zeigt, folgen in Längsrichtung der Spur 10 im Wechsel eine Hellzone 11 auf eine Dunkelzone 12. Die Länge der Hellzonen und Dunkelzonen innerhalb jedes Abschnittes der Spur 10 kann unterschiedlich groß sein.

Hierdurch ist es möglich, in der Spur zusätzlich zu den Zähl- oder Positionierschritten eine Information zu speichern. Im Ausführungsbeispiel ist die zusätzliche Information in dualcodierter Form in der Spur 10 gespeichert, d. h., jeder Abschnitt enthält abhängig davon, ob seine Hellzone 11 länger oder kürzer ist als seine Dunkelzone 12, eine binäre Information in Form einer "1" oder einer "0". Das Signal "1" ist dann in dem betreffenden Abschnitt gespeichert, wenn dessen Hellzone länger ist als die Dunkelzone 12. Umgekehrt entspricht eine Aufteilung in eine längere Dunkelzone 12 und eine kürzere Hellzone 11 dem Signal "0". Es wäre selbstverständlich aber auch möglich, nicht nur die Bedingung, daß die eine Zone jedes Abschnittes der Spur größer oder kleiner als die andere Zone ist, zur Speicherung einer Information zu nutzen, sondern auch das Größenverhältnis beider Zonen, das beispielsweise je nach Information 1 : 4 oder 1 : 2 oder 1 : 1 sein könnte.

Die Auswertung der in der Spur 10 gespeicherten Informationen erfolgt mit Hilfe eines Lesekopfes 13, zwischen dem und der Spur 10 einer Relativbewegung in Spurlängsrichtung möglich ist. Beispielsweise kann der Lesekopf 13 längs der Spur 10 in der einen oder anderen Richtung bewegt werden. Der Lesekopf 13 enthält drei Leseeinrichtungen, die, da es sich im Ausführungsbeispiel bei der Spur 10 um eine optisch abtastbare Spur handelt, je aus einem Lichtsender 14 bzw. 15 bzw. 16 und je einem Lichtempfänger 14′ bzw. 15′ bzw. 16′ bestehen. Die Spur 10 liegt zwischen den Sendern und Empfängern, so daß letztere ihren Signalzustand ändern, wenn die zwischen Sender und Empfänger gebildete Lichtschranke von einer Dunkelzone unterbrochen oder freigegeben wird. Im Ausführungsbeispiel erzeugen die Lichtempfänger das Signal "1", wenn zwischen ihnen und dem zugeordneten Sender eine Hellzone 11 liegt. Die beiden in der Bewegungsrichtung des Lesekopfes 13 in relativ geringem Abstand voneinander angeordneten Leseeinrichtungen mit den Sendern 14 und 15 dienen der Erzeugung der Zählimpulse, aufgrund deren die Zähl- bzw. Positionierschritte ermittelt werden, sowie der Erkennung der Richtung der Bewegung. Die dritte Leseeinrichtung, die durch den Lichtsender 16 und den Lichtempfänger 16′ gebildet wird, dient dem Lesen der in die Spur eingespeicherten zusätzlichen Information. Mit ihr kann also ermittelt werden, ob in dem augenblicklich abgetasteten Abschnitt die Hellzone 11 länger als die Dunkelzone 12 und damit das Signal "1" gespeichert ist, oder ob die Dunkelzone 12 länger und damit das Signal "0" zusätzlich gespeichert ist. Der Abstand der Leseeinrichtung 16, 16′ in der Bewegungsrichtung des Lesekopfes von der Leseeinrichtung 14, 14′ ist deshalb etwa gleich der halben Länge eines Abschnittes der Spur 10.

An den Ausgang des Lichtempfängers 14′ sind zwei monostabile Schaltglieder 17 und 18 angeschlossen, die bei einer Signaländerung von 0 auf 1 bzw. von 1 auf 0 an ihrem Eingang D einen Impuls an ihrem Ausgang Q abgeben. Die Ausgangssignale des Schaltgliedes 17 bewirken, daß ein an die beiden Schaltglieder angeschlossener Zähler 19 vorwärts zählt, während die Ausgangssignale des Schaltgliedes 18 ein Rückwärtszählen bewirken. Erzeugt der Lichtempfänger 15′ das Signal "0", so bewirkt dies, da der Löscheingang der beiden Schaltglieder 17 und 18 an den Ausgang des Lichtempängers 15′ angeschlossen ist, daß am Ausgang Q der Schaltglieder kein Signal auftritt, auch wenn an den Eingang ein Signal angelegt wird.

An den Lichtempfänger 16′ ist der eine Eingang D eines flankengesteuerten Speichers 20 angeschlossen. Sein anderer Eingang C ist mit dem Ausgang eines Gatters 21 verbunden, dessen beide Eingänge an die Ausgänge der Schaltglieder 17 und 18 angeschlossen sind. Der Speicher 20 speichert daher die augenblickliche Information des Lichtempfängers 16′ zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Vorwärts- oder Rückwärts-Zählvorgang stattfindet. Übernahmekriterium für die Information des Lichtempfängers 16′ ist also ein Signalwechsel am Lichtempfänger 14′ bei gleichzeitigem Signal "1" des Lichtempfängers 15′. Ein Speicher 22, dessen beide Eingänge an den Ausgang des Schaltgliedes 17 bzw. des Schaltgliedes 18 angeschlossen sind, speichert, ob die Information, die der Speicher 20 gespeichert hat, bei einer Vorwärts- oder bei einer Rückwärts-Bewegung des Lesekopfes 13 gewonnen wurde. Nimmt man beispielsweise an, daß die Leseeinrichtung 14, 14′ sich gerade noch im Bereich einer Dunkelzone 12 befindet, wie dies Fig. 1 zeigt, dann wird bei einer Bewegung des Lesekopfes 13 nach rechts bei einer Blickrichtung gemäß Fig. 1 vom Lichtempfänger 14′ ein Vorwärts-Zählimpuls erzeugt, wenn der Übergang auf die folgende Hellzone 11 erfolgt. Gleichzeitig wird das augenblickliche Signal "1" des Lichtempfänger 16′ im Speicher 20 gespeichert. Wird der Lesekopf 13 noch weiter nach rechts bewegt, dann entsteht am Übergang der Leseeinrichtung 14, 14′ auf die folgende Dunkelzone 12 kein Zählimpuls, da hierbei die Leseeinrichtung 15, 15′ in dieser Dunkelzone steht und dadurch die Auslösung eines Impulses sowohl am Ausgang des Schaltgliedes 17 als auch des Schaltgliedes 18 unterdrückt. Erst wenn die Leseeinrichtung 14, 14′ zu Beginn des folgenden Abschnitts der Spur 10 die nächste Hellzone 11 erreicht, wird wieder ein Vorwärts-Zählimpuls erzeugt und im Speicher 20 das Signal "1" gespeichert, weil auch in diesem Abschnitt der Spur 10 die Hellzone 11 länger ist als die Dunkelzone 12. In den beiden folgenden Abschnitten der Spur 10 ist im Ausführungsbeispiel die Dunkelzone 12 länger als die Hellzone 11. Daher wird, wenn der Lesekopf 13 in diese Abschnitte eintritt, im Speicher 20 jeweils das Signal "0" gespeichert. Aus der Folge der im Speicher 20 gespeicherten Signale kann beispielsweise die absolute Position des Lesekopfes 13 abgeleitet werden.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 nur dadurch, daß anstelle des Speichers 20 ein Vorwärts-Rückwärts-Schieberegister 23 vorgesehen ist, dem, wie Fig. 2 zeigt, ein Gatter 23 und ein Speicher 24 nachgeschaltet sein können. Die übereinstimmenden Teile sind daher mit gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 gekennzeichnet, weshalb auch hinsichtlich der übereinstimmenden Ausbildung auf die Ausführungen zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird.

Durch die Verwendung des Schieberegisters 23 steht nach einer bestimmten Anzahl von Zählimpulsen, also Impulsen, mit denen der Zähler 19 angesteuert worden ist, eine codierte Information zur Verfügung, die im Ausführungsbeispiel in paralleler Form gespeichert und ausgelesen werden kann. Sofern, was zweckmäßig ist, ein Teil der Speicherplätze des Schieberegisters, beispielsweise die beiden ersten Plätze, zur Speicherung eines Codesignals oder Synchronsignals reserviert werden, mittels dessen der Anfang einer zusammengehörigen Signalfolge, also eines Wortes, gekennzeichnet wird, kann mit Hilfe des den Codesignal-Ausgängen des Schieberegisters 23 nachgeschalteten Gatters 23′ das Vorliegen der Code- oder Synchron-Information erkannt werden. Wird diese Information erkannt, dann erzeugt das Gatter 23′ ein Übernahmesignal für den Speicher 24, wodurch die übrige, im Schieberegister 23 vorhandene Information stellenrichtig in den Speicher 24 übernommen wird. Dort steht sie dann zur Auswertung jederzeit zur Verfügung.

Wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeigt, kann einer Spur 110, welche wie die Spur 10 der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 2 außer der Zähl- oder Positionierschrittinformation eine zusätzliche Information enthält und im Ausführungsbeispiel wie die Spur 10 ausgebildet ist, ein Lesekopf 113 zugeordnet werden, der für das Lesen der zusätzlichen Information mehr als eine Leseeinrichtung enthält. Fig. 3 zeigt den Lesekopf 113 mit zwei Leseeinrichtungen 116, 116′ bzw. 124, 124′. Daher können pro Zählschritt drei verschiedene Signalzustände an die nachgeschaltete Auswerteeinrichtung übertragen werden, nämlich das Signal "0" an den Ausgängen beider Lichtempfänger 116′ und 124′, das Signal "1" an den Ausgängen beider Lichtempfänger sowie das Signal "0" und das Signal "1" am einen bzw. anderen Lichtempfänger. Der gegenüber den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2 zusätzlich vorhandene, dritte Signalzustand kann für die Bildung eines Code- oder Synchronsignals verwendet werden, also zur Kennzeichnung von Anfang oder Ende einer Zeichenkette.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei parallelen Spuren 210 und 210′ . Der Lesekopf 213, zwischen dem und den beiden Spuren 210 und 210′ eine Relativbewegung in Spurlängsrichtung möglich ist, enthält für die Spur 210, in welcher die zusätzliche Information gespeichert ist, wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Leseeinrichtungen, die je aus einem Lichtsender 216 und einen Lichtempfänger 216′ bestehen. Der Spur 210′, welche als Taktspur mit im Wechsel aufeinanderfolgenden, gleich langen Hellzonen 211 und Dunkelzonen 212 besteht, die auch kürzer als in Fig. 4 dargestellt gewählt werden können, was dann besonders vorteilhaft ist, wenn die beiden Spuren an körperlich getrennten und relativ zueinander bewegbaren Teilen vorgesehen sind und eine genaue Ausrichtung aufeinander nicht oder nicht immer gewährleistet ist, damit auch eine Vorwärts-Rückwärts-Erkennung möglich ist, zwei Leseeinrichtungen zugeordnet, die je aus einem Lichtsender 214 bzw. 215 und einem Lichtempfänger 214′ bzw. 215′ bestehen. Die Anordnung dieser Leseeinrichtungen ist dieselbe wie bei der dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Als ein Bewertungsmerkmal für die Signale der Spur 210 kann bei diesem Ausführungsbeispiel neben einem Übernahmekriterium, wie es bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet wird, auch das Zurücklegen einer definierten Anzahl von Schritten der Spur 210′ herangezogen werden. Die Spur 210 ist in gleich große, definierte Abschnitte gegliedert, deren Länge jeweils einer definierten Anzahl von Zählschritten der Spur 210′ entspricht.

An den Ausgang des einen Lichtempfängers 216′ des Lesekopfes 213 sind zwei flankengesteuerte, monostabile Schaltglieder 217 bzw. 218 angeschlossen. Der Ausgang des letzteren ist an den 0-Setzeingang eines Zählers 219 angeschlossen, der die Zählimpulse zählt, welche mit Hilfe der zwei Leseeinrichtungen, welche je aus einem Lichtsender 214 bzw. 215 und einem Lichtempfänger 214′ bzw. 215′ bestehen, erzeugt werden, wie dies bereits in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 3 erläutert worden ist. Der Ausgang des Schaltgliedes 217 ist mit dem Takteingang eines Schieberegisters 225 verbunden, dessen Eingang mit dem Ausgang des Zählers 219 verbunden ist. In das Schieberegister 225 wird immer dann das Signal "1" eingeschoben, wenn die Hellzone 211 der Spur 210 größer als die halbe Anzahl der Zählschritte ist, welche die Spur 210′ auf einer Länge enthält, die gleich einem der gleich langen Abschnitte der Spur 210 ist. Ist die Hellzone 211 der Spur 210 gleich oder kleiner der Hälfte der Zählschritte, wird in das Schieberegister 225 das Signal "0" eingeschoben. Selbstverständlich wäre eine Erweiterung dahin gehend möglich, andere Schrittzahlen, beispielsweise 1/4 oder 3/4 der einem Abschnitt der Spur 210 zugeordneten Anzahl von Zählschritten, zur Auswertung heranzuziehen. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, eine unterschiedliche Behandlung der Signale bei der Vorwärts- und der Rückwärtsbewegung des Lesekopfes 213 durchzuführen. Ein Vergleich der Länge der Hellzonen oder Dunkelzonen der Spur 210 mit den Zählschritten der Spur 210′ ist beispielsweise dann besonders vorteilhaft, wenn die beiden Spuren an relativ zueinan­ der bewegbaren Teilen, z. B. einem Regal und einem Stapelfahrzeug, vorgesehen sind und keine exakte Zuordnung der einen Spur, beispielsweise wegen eines Schlupfes der Räder des Stapelfahrzeugs bei dessen Bewegung entlang des Regals, zu der anderen Spur vorhanden ist. Dadurch, daß jeweils am Anfang der nächstfolgenden Zone der Zähler 219 auf Null gestellt wird, werden durch Ungenauigkeiten der Spuren oder deren gegenseitiger Zuordnung bedingte Fehler nicht aufsummiert. Sind beide Spuren 210 und 210′ an körperlich getrennten Teilen angeordnet, dann ist der Lesekopf entsprechend geteilt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei parallelen Spuren 310, 310′ zeigen die Fig. 5 und 6. Von diesen beiden Spuren, die wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen optisch abtastbar sind und daher aus Hellzonen und Dunkelzonen bestehen, enthält die Codierspur 310 die zusätzliche Information. Die Taktspur 310′ weist, im Wechsel aufeinanderfolgend, Hellzonen 211 und Dunkelzonen 312 gleicher Länge auf. Ein Lesekopf 313 enthält für die Codierspur 310 eine aus einem Lichtsender 316 und einem Lichtempfänger 316′ bestehende Leseeinrichtung und für die Tastspur 310′ zwei aus je einem Lichtsender 314 bzw. 315 und einem Lichtempfänger 314′ bzw. 315′ bestehende Leseeinrichtung, die wie die Leseeinrichtung für die Zähl- oder Positionierschritte der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele angeordnet sind und wie dort auch die Zählrichtung erkennen.

Zur Erzeugung eines Codesignals oder einer Synchron-Marke, die den Anfang einer zusammenhängenden Zeichenkette der Codierspur 310 kennzeichnet, besteht bei einer Mehrflankenzählung, wie sie die Taktspur 310′ gestattet, auch die Möglichkeit, eine bestimmte Flanke als Referenzpunkt zu wählen. Wird beispielsweise an einer Dunkel/Hell-Flanke in Vorwärtsrichtung oder bei einer Hell/Dunkel-Flanke in Rückwärtsrichtung, welche der Lichtempfänger 314′ erkennt, vom Lichtempfänger 316′ gleichzeitig in der Codierspur 310 eine ganz bestimmte Information erkannt, so kann dieses Ereignis als Markierung von Anfang oder Ende einer folgenden Zeichenkette benutzt werden. Für die Übernahme der einzelnen Elemente dieser Zeichenkette kann dann sowohl eine andere Flanke als auch das Zurücklegen einer bestimmten Anzahl von Zählschritten in bezug auf das Erscheinen der Anfang- oder Ende-Markierung, also des Synchronsignals, als Kriterium verwendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5 und 6 ist die Taktspur so ausgebildet, daß eine 4-Flankenzählung erfolgt.

Jeder Abschnitt der Codierspur 310, dessen Länge gleich der Länge von acht je eine Zeichenkette bildenden Zonen der Taktspur ist, ist in sechzehn aufeinanderfolgenden Bitstellen zu unterteilen, denen je eine Flanke der Taktspur zugeordnet ist. Mit Ausnahme der ersten Bitstelle, welche der ersten Flanke der zugehörigen Zeichenkette zugeordnet ist und für das Synchronsignal benötigt wird, sowie der fünften, neunten und dreizehnten Bitstelle, welche frei bleiben müssen, weil innerhalb jeder Zeichenkette viermal eine der ersten Flanke entsprechende Flanke erkannt wird, kann den übrigen zwölf Bitstellen eine bestimmte Wertigkeit zugeordnet werden. Im Ausführungsbeispiel sind es die Wertigkeiten 2⁴ bis 2¹⁵. Selbstverständlich könnten auch andere Wertigkeiten gewählt oder die Information in anderer Form gespeichert werden.

Im Ausführungsbeispiel enthält die links dargestellte, erste Zeichenkette eine "1" in denjenigen Bitstellen, welche den Wertigkeiten 2⁹ bzw. 2¹⁰ zugeordnet sind. Diese Zeichenkette und damit der Abschnitt der Codierspur 310, der diese Zeichenkette enthält, hat daher den absoluten Positionswert 2⁹ + 2¹⁰ = 1536. Die mittlere Zeichenkette enthält eine "1" in denjenigen Bitstellen, welche die Wertigkeiten 2⁴, 2⁹ und 2¹⁰ haben. Dem zugehörigen Abschnitt der Codierspur 310 ist deshalb der absolute Positionswert 1552 zugeordnet. Entsprechend hat, wie Fig. 5 zeigt, der rechts dargestellte Abschnitt der Codierspur 310 den absoluten Positionswert 1568. Jede Kette unterscheidet sich also hinsichtlich des absoluten Positionswertes von der nächsten um den Wert 16. Da bei der Bewegung des Lesekopfes 313 über den einer Zeichenkette zugeordneten Abschnitt hinweg, also vom Anfang einer Zeichenkette bis zum Anfang der nächsten Zeichenkette, 16 von der Taktspur festgelegte Schritte zurückgelegt werden, können diese Schritte, je nach Bewegungsrichtung, zu dem Positionswert der Zeichenkette addiert oder von ihm subtrahiert werden, so daß jeder Schritt ebenfalls durch einen Absolutwert definiert ist, oder, anders ausgedrückt, das Auflösungsvermögen bis zu den einzelnen Schritten reicht.

Wie Fig. 6 zeigt, gelangen die Ausgangssignale der Lichtempfänger 314′ und 315′ zu einer Flankenauswerteschaltung 330, welche in einer bei einer 4-Flankenzählung bekannten Weise an ihren beiden Ausgängen A 1 und A 2 bei jedem Schritt, also bei jeder Flanke, einen Vorwärts- oder Rückwärts-Zählimpuls entsprechend der Bewegungsrichtung des Lesekopfes 316 liefert und in einer bei einer 1-Flankenzählung bekannten Weise an ihren Ausgängen A 3 und A 4 nur dann einen Impuls liefert, wenn eine Flanke mit der Nummer 1 erkannt wird. Die Zählimpulse an den Ausgängen A 1 und A 2 treiben einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 319 und schieben außerdem die Signale, welche der der Codierspur 310 zugeordnete Lichtempfänger 316′ liefert, in ein Vorwärts-Rückwärts-Schieberegister 331 ein. Da bei der Flanke Nr. 1 nur eine Synchroninformation und keine Wertigkeitsstelle der Zeichenkette vorhanden ist, wird mittels eines Gatters 332, dessen beide Eingänge mit den Ausgängen A 3 und A 4 der Flankenauswerteschaltung 330 verbunden sind, eine Schiebeoperation des Schieberegisters 331 verhindert. Hierzu ist der Ausgang des Gatters 332 an den Sperreingang des Schieberegisters angeschlossen. Wird beim Erkennen der Flanken-Nr. auch ein Synchronsignal in der Codierspur 310 erkannt, wird der Zähler 319 bei einer Vorwärtsbewegung über ein Gatter 333 auf eine Anfangsposition, bei einer Rückwärtszählung über ein Gatter 334 auf seine Endposition gesetzt. Der eine Eingang beider Gatter ist an die vom Lichtempfänger 316′ kommende Signalleitung angeschlossen. Der andere Eingang ist mit dem Ausgang A 3 bzw. dem Ausgang A 4 der Flankenauswerteschaltung 330 verbunden, wie Fig. 6 zeigt. Der Ausgang des Gatters 333 ist mit demjenigen Eingang des Zählers 319 verbunden, über den alle Ausgänge auf "0" gesetzt werden können. Entsprechend ist der Ausgang des Gatters 334 mit demjenigen Setzeingang des Zählers 319 verbunden, über den alle Ausgänge auf "1" gesetzt werden können. Von den fallenden Flanken der Signale dieser Gatter werden zwei ihnen nachgeschaltete, bistabile Speicherglieder 335 bzw. 336 gesetzt bzw. zurückgesetzt, so daß im Zusammenwirken mit Gattern 337 und 338 die an den Ausgang des Gatters 333 und des Speichergliedes 335 bzw. den Ausgang des Gatters 334 und des Speichergliedes 336 angeschlosssen sind, nur dann am Ausgang eines Gatters 339 ein Impuls erscheint, wenn ein Synchronsignal in Vorwärtsrichtung überfahren wurde und das vorausgegangene Synchronsignal ebenfalls bei einer Vorwärtsbewegung erkannt wurde, oder wenn ein Synchronsignal in Rückwärtsrichtung überfahren wurde und das vorausgegangene Synchronsignal ebenfalls bei einer Rückwärtsbewegung erkannt wurde. Hierzu sind die beiden Eingänge des Gatters 339 mit dem Ausgang des Gatters 337 bzw. 338 verbunden. Es ist also sichergestellt, daß beim Auftreten des Synchronsignals eine vollständige, in sich geschlossene Zeichenkette im Schieberegister 331 vorliegt.

Dem zwölfstelligen Schieberegister 331, dessen zwölf Ausgänge den Wertigkeiten 2⁴ bis 2¹⁵ zugeordnet sind, ist der zwölfstellige Eingang eines Speichers 340 nachgeschaltet, der durch einen Impuls am Ausgang des Gatters 339 über seinen Steuereingang E 3 für ansteigende Flanken veranlaßt wird, den Inhalt des Schieberegisters 331 zu übernehmen.

Beim Erkennen eines Synchronsignals befindet sich der Lesekopf 313 jedoch schon in einer Position, die nicht mehr der gerade gelesenen, sondern bereits der nächstfolgenden Zeichenkette zugeordnet ist. Es ist deshalb eine Addier-/Subtrahier-Schaltung 341 dem zwölfstelligen Ausgang des Speichers 340 nachgeschaltet, welche dann, wenn "1"-Signal an ihrem Additions-Operationseingang eine Erhöhung, und beim Anliegen eines "1"-Signals an ihrem Subtraktions-Operations-Eingang eine Verminderung um eine Wertigkeit, d. h., im vorliegenden Falle um 2⁴, vornimmt. Der erstgenannte Operationseingang ist deshalb mit dem Ausgang des Gatters 333, der andere mit dem Ausgang des Gatters 334 verbunden. Ohne Signale an den Operationseingängen der Addier-/Subtrahier-Schaltung 341 wird die am Zwölf-Bit-Eingang anliegende Information direkt auf den Ausgang durchgeschaltet. Unmittelbar nach einer Addition bei einem Vorwärtszählvorgang oder einer Subtraktion bei einem Rückwärtszählvorgang erfolgt beim Erkennen eines Synchronsignals über ein Gatter 342 eine Übernahme des Rechenwertes aus der Addier-/Subtrahier-Schaltung 341 in den Speicher 340. Daher ist der Ausgang der Schaltung 341 mit einem zweiten, zwölfstelligen Eingang E 2 des Speichers 340 verbunden. Das Gatter 342 ist an den Steuereingang E 4 für verfallende Flanken des Speichers 340 angeschlossen. Die beiden Eingänge des Gatters 342 sind mit der vom Lichtempfänger 316 kommenden Signalleitung bzw. dem Ausgang des Gatters 332 verbunden.

Der über die Addier-/Subtrahier-Schaltung 341 an den Speicher 340 weitergeleitete Wert bildet zusammen mit dem Wert des Zählers 319 den Sechzehn-Bit-Positionswert, bei dem es sich um eine absolute Position handelt. Dieser Positionswert wird in der zuvor beschriebenen Weise stets nach sechzehn Schritten erneut überprüft und bei Störungen automatisch korrigiert. Daher ist nach dem Ausschalten der Einrichtung oder nach einem Stromausfall kein Zurückfahren in die mechanische Null-Stellung notwendig. Es genügt das kurze Zurücklegen eines Weges, in welchem der Wert einer Zeichenkette durch die in Fig. 6 dargestellte Auswerte-Schaltung rekonstruiert werden kann. Dies ist bei entsprechender Schaltung bereits nach sechzehn Schritten möglich. Bei einer Schaltung gemäß Fig. 6 erfolgt die Auswertung der Einfachheit halber in der Weise, daß bei dem Synchronsignal begonnen wird, so daß hier eine Erkennung nach spätestens zweiunddreißig Schritten erfolgt. Man kann aber auch den Lesekopf 313 auf dem ihn tragenden Teil beweglich anordnen und beim Einschalten der Stromversorgung ihn eine Relativbewegung zu dem ihn tragenden Teil ausführen lassen, damit bei Inbetriebnahme des Systems oder nach Stromausfällen der absolute Positionswert ermittelt wird, ohne daß das zu positionierende Teil selbst erst bewegt werden muß.

Wie Fig. 7 zeigt, kann man statt des Speichers 340 und der ihm nachgeschalteten Addier-/Subtrahier-Schaltung 341 auch einen Zähler 343 vorsehen, dessen zwölfstelliger Eingang E 0 an die zwölf Ausgänge des Schieberegisters 331 angeschlossen ist. Dieser Zähler 343 wird mit der im Schieberegister 331 vorhandenen Zeichenkette geladen, wenn am Ausgang des Gatters 339 ein Signal mit ansteigender Flanke auftritt, da der Ausgang des Gatters 339 mit einem entsprechenden Steuereingang des Zählers verbunden ist. Weiterhin ist ein Eingang für "Vorwärtszählen" des Zählers 343 mit einem Ausgang des Zählers 319 verbunden, an dem ein Signal auftritt, wenn ein Übertrag erforderlich ist. Zusätzlich ist ein Eingang für "Rückwärtszählen" des Zählers 343 mit einem Ausgang des Zählers 319 verbunden, an dem ein "Borger"-Signal auftritt. Da, wie bereits erwähnt, beim Erkennen eines Synchronsignals der Lesekopf 313 sich schon in einer Position befindet, die nicht mehr der gerade gelesenen Position entspricht, sondern bereits der nächstfolgenden Zeichenkette zugeordnet ist, ist der Zähler 319 so gebildet, daß auch das Rücksetzen bzw. Setzen dieses Zählers an seinem Übertrag-Ausgang bzw. seinem Borger-Ausgang einen Impuls auslöst, welcher eine Erhöhung bzw. eine Verminderung des Wertes der in den Zähler 343 geladenen Zeichenkette bewirkt. Daher bildet auch der Zählwert des Zählers 343 zusammen mit dem Wert des Zählers 319 einen absoluten Sechzehn-Bit-Positionswert.

Wegen der Ausbildung der übrigen Teile der Schaltung gemäß Fig. 7 wird auf die Ausführungen zu Fig. 6 Bezug genommen, da insoweit beide Schaltungen gleich sind.

Da ein Erfassungssystem wie dasjenige gemäß den Fig. 5 bis 7 ebenso wie die übrigen Ausführungsbeispiele im Falle des Fehlens einer Informationskette über die Taktspur 310′ mittels inkrementaler Zählung korrekt weiterarbeitet, können anstelle von absoluten Positionswerten auch Zusatzinformationen übertragen oder eingestreut werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 8. Da diese Schaltung weitgehend mit denjenigen gemäß den Fig. 6 und 7 übereinstimmt, sind die gleichen Bauteile mit den in den Fig. 6 und 7 verwendeten Bezugszahlen versehen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird hinsichtlich des übereinstimmenden Schaltungsteils auf Ausführungen zu den Fig. 6 und 7 hingewiesen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 wurde davon ausgegangen, daß zu der Darstellung der absoluten Positionswerte eine 15-Bit-Information ausreicht. Das dadurch freigewordene Bit dient der Kennzeichnung, ob eine Positions-Information oder eine Zusatz-Information vorliegt. Ist dieses höchstwertige Bit in der Codierung nicht gesetzt und damit an dem entsprechenden Ausgang des Schieberegisters 331 ein "0"-Signal vorhanden, dann wird der Ladebefehl für den dem Schieberegister 331 nachgeschalteten Zähler 343 vom Gatter 339 über ein Gatter 344 an den Ladeeingang des Zählers 343 weitergeleitet. Die Auswerteschaltung arbeitet dann wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7. Ist hingegen das höchstwertige Bit gesetzt, dann wird der vom Gatter 339 kommende Ladebefehl nur von einem Gatter 345 weitergeleitet, und die jetzt im Schieberegister 331 stehende Zusatz-Information wird in einen Speicher 346 übernommen. Der Zähler 343 arbeitet dann rein inkremental durch die vom Zähler 319 kommenden Impulse korrekt weiter.

Wie Fig. 8 zeigt, ist jeweils der eine Eingang der beiden Gatter 344, 345 mit dem Ausgang des Gatters 339 verbunden, wohingegen der jeweils andere Eingang an den Ausgang für das höchstwertige Bit des Schieberegisters 331 angeschlossen ist. Die Eingänge des zusätzlichen Speichers 346 sind mit den elf Ausgängen des Schieberegisters 331 verbunden, an die auch der Zähler 343 angeschlossen ist.

Das Lesen von Informationen bei fortlaufender Zählung als absolute Positionswerte oder als sonstige Informationen sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärts-Richtung ist selbstverständlich nicht auf Ausführungsbeispiele beschränkt, welche eine Ausbildung der Spuren haben, wie dies Fig. 5 zeigt.

Zur Messung von Winkeln oder Rotationsbewegungen ist eine spiral- oder schraubenförmige Anordnung der Spuren möglich. Ist eine Spur vorhanden, deren Signale ständig wiederholt werden, wie dies bei einer Taktspur der Fall ist, kann diese Spur auch außerhalb der spiralförmigen Anordnung kreisförmig geführt werden.

Die Herstellung der beschriebenen Spuren kann mittels fotoempfindlichen Trägermaterials ohne Schwierigkeiten realisiert werden. Das zugeschnittene Trägermaterial wird an einem Lichtsender vorbeigeführt, wobei diese Bewegung mechanisch mit einer konventionellen Positionserfassung verbunden sein kann. Ein Rechner, dem der mathematisch vorgegebene Verlauf der Spuren eingegeben wurde, schaltet dann in Abhängigkeit von dieser Formel und den erhaltenen Positionswerten den Lichtsender entsprechend ein oder aus. Von dem belichteten und entwickelten Original lassen sich in einfacher Weise Kopien herstellen.

Claims (5)

1. Erfassungssystem für in Spuren gespeicherte Informationen, insbesondere Positionserfassungssystem, mit wenigstens einem Lesekopf, der wenigstens eine Leseeinrichtung für eine weg- oder winkelabhängige, Impulse erzeugende Taktinformation sowie für eine aus einer Folge von durch ein Synchronsignal voneinander getrennte, unabhängig von der Richtung und dem zeitlichen Verlauf der Bewegung zwischen der Leseeinrichtung und der Spur lesbare zusätzliche Information in Form binär kodierter, den absoluten Positionswert der dieses Wort speichernden Stelle des Informationsträgers kennzeichnenden Wortes aufweist, und mit einer an den Lesekopf angeschlossenen Auswerteeinrichtung, die unter Berücksichtigung der Bewegungsrichtung der Spur relativ zum Lesekopf bei jedem Taktimpuls den aus der zusätzlichen Information entnehmbaren absoluten Positionswert mit der aus der Taktinformation gewonnenen inkrementalen Positionsmessung sich ergebenden Wert zu einem Positionswert verknüpft, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die der Taktinformation zugeordnete Leseeinrichtung (314, 314′, 315, 315′) und die Auswerteeinrichtung (330) für eine Flankenzählung ausgebildet sind,
• b) der durch die Verknüpfung gebildete Positionswert die Form eines binär kodierten Wortes hat,
• c) die Auswerteeinrichtung (330) zur Unterscheidung der Signale der zusätzlichen Information in Synchronsignale und Positionswertsignale die zugehörigen Flanken der Taktinformation benutzt.

2. Erfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktinformation und die zusätzliche Information einander in der gleichen Spur (10; 110) überlagert sind.

3. Erfassungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die absoluten Positionswerte, die eine in Stufen gleicher Größe ansteigende oder fallende Reihe bilden, in unmittelbar aufeinanderfolgenden Abschnitten gleicher Länge einer ersten Spur (210, 310) gespeichert sind und daß jeder der den Abschnitten gleicher Länge der ersten Spur zugeordneten Abschnitte gleicher Länge einer zweiten Spur (210′, 310′) in diejenige Anzahl von gleichen Schritten, denjenigen ganzzahligen Bruchteil oder dasjenige ganzzahlige Vielfache dieser Anzahl unterteilt ist, durch die sich zwei aufeinanderfolgende Positionswerte unterscheiden.

4. Erfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Spur (210; 310), in der die zusätzliche Information gespeichert ist, von der Taktspur (210′, 310′) räumlich getrennt angeordnet ist.

5. Erfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung einen Mikroprozessor enthält.