Codificador de ángulo de rotación, así como procedimiento para explorar el disco de código de un codificador de ángulo de rotación.

Procedimiento para la exploración de un disco de código (10) de un codificador de ángulo de rotación,

con un código digital (14) que permite determinar un intervalo angular actual a partir de una pluralidad de intervalos angulares posibles (W) y con un código analógico (18) que permite determinar la posición angular exacta del disco de código (10) dentro del intervalo angular actual (W), presentando sucesivamente el código analógico (18) máximos y mínimos, explorándose el código analógico (18), caracterizado por que un valor de exploración máximo o mínimo determinado se almacena como referencia analógica del respectivo intervalo angular asignado (W) en un sistema de procesamiento (24) conectado a continuación y el ángulo exacto entre un máximo y un mínimo contiguo en el intervalo angular (W) se determina después por interpolación.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04030902.

Solicitante: TRW AUTOMOTIVE ELECTRONICS & COMPONENTS GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: INDUSTRIESTRASSE 2-8 78315 RADOLFZELL ALEMANIA.

Inventor/es: Backes,Ulrich.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B62D15/02 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B62 VEHICULOS TERRESTRES QUE SE DESPLAZAN DE OTRO MODO QUE POR RAILES.B62D VEHICULOS DE MOTOR; REMOLQUES (dirección o guiado de máquinas o instrumentos agrícolas según un recorrido determinado A01B 69/00; ruedas, ruedecillas pivotantes, mejora de la adherencia de ruedas B60B; neumáticos para vehículos, inflado de neumáticos, cambio o reparación de neumáticos B60C; conexiones entre vehículos de un mismo tren o de un conjunto similar B60D; vehículos raíl-carretera, vehículos anfibios o transformables B60F; disposiciones de suspensión B60G; calefacción, refrigeración, ventilación u otros dispositivos de tratamiento del aire B60H; ventanas, parabrisas, techos descapotables, puertas o dispositivos similares, cubiertas de protección para vehículos fuera de servicio B60J; disposiciones de conjuntos de propulsión, accionamientos auxiliares, transmisiones, disposición de instrumentos o tableros de a bordo B60K; equipo eléctrico o propulsión de vehículos de tracción eléctrica B60L; alimentación de energía eléctrica para vehículos de tracción eléctrica B60M; disposiciones para pasajeros no previstas en otro lugar B60N; vehículos adaptados al transporte de cargas o para llevar cargas u objetos especiales B60P; adaptación de los dispositivos de señalización o de iluminación, su montaje o soporte, circuitos a este efecto, para vehículos en general B60Q; vehículos, equipos o partes de vehículos, no previstos en otro lugar B60R; servicio,limpieza, reparación, elevación o maniobra, no previstos en otro lugar B60S; frenos, sistemas de control de frenos o partes de estos sistemas B60T; vehículos de colchón de aire B60V; ciclos de motor, sus accesorios B62J, B62K; ensayo de vehículos G01M). › B62D 15/00 Direcciones no previstas en otro lugar. › Indicadores de dirección.
  • G01B11/26 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01B MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES ANALOGAS; MEDIDA DE ANGULOS; MEDIDA DE AREAS; MEDIDA DE IRREGULARIDADES DE SUPERFICIES O CONTORNOS.G01B 11/00 Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización de medios ópticos (instrumentos de los tipos cubiertos por el grupo G01B 9/00 en sí G01B 9/00). › para la medida de ángulos o conicidades; para la comprobación de la alineación de ejes.
  • G01D5/244 G01 […] › G01D MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE PARTICULAR; DISPOSICIONES PARA LA MEDIDA DE DOS O MAS VARIABLES NO CUBIERTAS POR OTRA UNICA SUBCLASE; APARATOS CONTADORES DE TARIFA; DISPOSICIONES PARA TRANSFERENCIA O TRANSDUCTORES NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE PARTICULAR; MEDIDAS O ENSAYOS NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR.G01D 5/00 Medios mecánicos para la transferencia de la magnitud de salida de un elemento sensor; Medios para la conversión de la magnitud de salida de un elemento sensor en otra variable, en los que la forma o naturaleza del elemento sensor no determinan los medios de conversión; Transductores no especialmente adaptados a una variable específica (G01D 3/00 tiene prioridad; especialmente adaptados para aparatos que dan resultados distintos al valor instantáneo de una variable G01D 1/00). › que influyen en las características de pulsos o trenes de pulsos; que generan pulsos o trenes de pulsos.
  • G01D5/249 G01D 5/00 […] › utilizando código de pulsos.
  • G01D5/347 G01D 5/00 […] › que utilizan escalas de codificación de desplazamiento.
  • G01D5/36 G01D 5/00 […] › Formación de pulsos de luz.
  • G01P3/36 G01 […] › G01P MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA ACELERACION, DECELERACION O DE CHOQUES; INDICACION DE LA PRESENCIA, AUSENCIA DE MOVIMIENTO; INDICACION DE DIRECCION DE MOVIMIENTO (midiendo la velocidad angular utilizando efectos giroscópicos G01C 19/00; dispositivos de medida combinados para medir dos o más variables de un movimiento G01C 23/00; medida de la velocidad del sonido G01H 5/00; medida de la velocidad de la luz G01J 7/00; medida de la dirección o de la velocidad de objetos sólidos por reflexión o reradiación de ondas radio u otras ondas basada en los efectos de propagación, p. ej. el efecto Doppler, el tiempo de propagación, la dirección de propagación, G01S; medida de la velocidad de radiaciones nucleares G01T). › G01P 3/00 Medida de la velocidad lineal o angular; Medida de diferencias de velocidades lineales o angulares (G01P 5/00 - G01P 11/00 tienen prioridad; midiendo la velocidad angular utilizando efectos giroscópicos G01C 19/00). › Dispositivos caracterizados por el empleo de medios ópticos, p. ej. utilizando la luz infrarroja, visible o ultravioleta (G01P 3/68 tiene prioridad).

PDF original: ES-2379077_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Codificador de ángulo de rotación, así como procedimiento para explorar el disco de código de un codificador de ángulo de rotación La invención se refiere a un procedimiento para la exploración de un disco de código de un codificador de ángulo de rotación según el preámbulo de la reivindicación 1.

Del estado de la técnica se conocen distintos codificadores ópticos absolutos de ángulo de rotación que se basan en la exploración transparente o reflectante de un disco de código con pistas digitales (véase, por ejemplo, los documentos DE 198 55 064 y DE 199 44 005) . Este tipo de codificadores rotatorios necesitan pistas de código para N posiciones angulares log2 (N) que se van a representar. Por tanto, en caso de un espacio constructivo limitado, la anchura del diafragma disminuye en 1/log2 (N) en dependencia del sensor de luz. Simultáneamente disminuye la altura del diafragma con 1/N. La superficie del diafragma (y, por tanto, la cantidad de luz disponible en dependencia del sensor de luz) disminuye con 1/ (N*log2 (N) , lo que limita fuertemente la exactitud obtenible desde el punto de vista técnico.

Para proteger este tipo de codificadores rotatorios contra fallos eventuales, por ejemplo, un disco de código dañado, se necesitan más medidas. Una solución consiste en que las pistas necesarias se realicen doblemente como forma de protección. Sin embargo, estas medidas agravan adicionalmente el problema de la cantidad de luz. Los sensores puramente digitales tienen además la desventaja de que la colocación de los códigos para todas las pistas se ha de realizar igualmente de manera exacta.

Se conocen también codificadores angulares absolutos que se basan en una exploración puramente analógica de un disco de código (véase, por ejemplo, el documento DE 101 43 662) . Sin embargo, estos codificadores angulares tienen la desventaja de que la pista analógica se ha de fabricar con una exactitud alta en un recorrido relativamente grande. El intervalo de modulación de este tipo de codificadores está limitado y la exactitud necesaria de los convertidores analógico-digitales conectados a continuación es relativamente alta. La solución de calibrar una vez el codificador por medio de una cantidad suficiente de puntos a lo largo de una pista fabricada con una inexactitud relativa e interpolarlo a continuación durante el funcionamiento a lo largo de los valores de calibración determinados fracasa en la práctica debido al envejecimiento de los componentes usados.

Del documento DE 196 04 502 se conoce un codificador rotatorio, en el que se usa una serie de pistas de código Gray y que obtiene una exactitud angular afinada con ayuda de una pista analógica en forma de diente de sierra.

Esta disposición tiene la desventaja de producir en los puntos de discontinuidad del diente de sierra la misma luminosidad que en el centro de un diente. Esto provoca una ambigüedad en el ángulo que se va a leer. Además, ésta no se encuentra protegida de forma segura contra daños de las pistas de código.

Del documento DE 40 14 479 se conoce un procedimiento con las características del preámbulo de la reivindicación 1, en el que el codificador angular usa una serie de pistas de código binario y se obtiene una exactitud angular afinada con ayuda de una pista analógica. Esta disposición tiene la desventaja esencial de no estar protegida de forma segura contra daños de las pistas de código. Asimismo, la pista analógica usada, delimitada de forma senoidal en el núcleo, para mejorar la exactitud angular no está moldeada de manera óptima, ya que el gradiente es casi igual a cero en especial en el entorno inmediato del máximo o del mínimo de la intensidad luminosa.

45 Del documento DE 100 06 675 se conoce un dispositivo de medición de desplazamiento o ángulo que presenta varias pistas digitales de código Gray y una pista analógica, cuya anchura aumenta o disminuye, por tanto, sincrónicamente de manera continua. La exploración se lleva a cabo con ayuda de una disposición regular de una pluralidad de sensores de luz, cuya distancia entre sí es claramente menor que la amplitud de la pista analógica. Esta disposición tiene la desventaja de que el mejoramiento de la resolución obtenible está limitado debido a la cantidad de los sensores de luz correspondientes a la anchura de la pista analógica. Si se requiere un mejoramiento relativamente alto de la exactitud, esta técnica resulta atractiva sólo con una caída evidente del precio del conjunto necesario de sensores de luz. De manera alternativa habría que aumentar la anchura de la pista analógica, lo que puede originar problemas de iluminación y además va en detrimento del espacio constructivo. Otra desventaja de la 55 disposición descrita es que necesita una segunda pista del mismo tipo y desfasada en caso de un uso máximo del intervalo angular (entre dos saltos de código digital) , disponible para el mejoramiento de la resolución, a fin de evitar las ambigüedades de los valores de exploración.

La invención tiene el objetivo de crear un procedimiento para la exploración de un disco de código de un codificador rotatorio que mediante el uso de la menor cantidad posible de pistas de código pueda obtener la mayor exactitud posible y en el que estén reducidos lo más posible los requerimientos relativos a la exactitud de la fabricación.

Este objetivo se consigue mediante un procedimiento para la exploración de un disco de código de un codificador de ángulo de rotación con un código digital que permite determinar un intervalo angular actual a partir de una pluralidad 65 de intervalos angulares posibles y con un código analógico que permite determinar la posición angular exacta del disco de código dentro del intervalo angular actual, presentando sucesivamente el código analógico máximos y mínimos, explorándose el código analógico y almacenándose un valor de exploración máximo o mínimo determinado como referencia analógica del respectivo intervalo angular asignado en un sistema de procesamiento conectado a continuación y determinándose después por interpolación el ángulo exacto entre un máximo y un mínimo contiguo en el intervalo angular.

La invención se describe a continuación por medio de varias formas de realización representadas en los dibujos adjuntos. Muestran:

- Fig. 1 un corte transversal a través de un codificador de ángulo de rotación;

- Fig. 2 una vista esquemática en planta de un disco de código y sensores de luz asignados según una primera forma de realización, que se pueden usar en el caso del codificador de ángulo de rotación de la figura 1;

- Fig. 3 de forma esquemática, el proceso para la determinación del ángulo; 15 -Fig. 4 una vista esquemática en planta de un disco de código y sensores de luz asignados según una segunda forma de realización, que sirve para explicar la figura 5; y

- Fig. 5 una vista esquemática en planta de un disco de código y sensores de luz asignados según una tercera forma de realización.

La figura 1 muestra un codificador de ángulo de rotación 5 que forma parte de un sensor de ángulo de dirección. El sensor de ángulo de dirección sirve para determinar la posición angular de un eje de dirección 7 representado de forma esquemática.

El codificador de ángulo de rotación presenta un disco de código 10 (véase también figura 2) unido de manera resistente al giro con el eje de dirección 7. El disco de código 10 está hecho de plástico y está diseñado de forma transparente en el ejemplo de realización mostrado. En el disco de código están dispuestas diferentes pistas de código que posibilitan dos tipos de determinación del ángulo, específicamente, por una parte, para la diferenciación de distintos intervalos angulares W y, por la otra parte, para la determinación del ángulo dentro de uno de estos intervalos angulares (véase también figura 3) . Las pistas de código son iluminadas por una fuente de luz 12 mostrada esquemáticamente.

Para la diferenciación entre distintos intervalos angulares W están previstas varias series de pistas digitales de código 14. El término "digital" significa en este caso que cada pista de código 14 suministra a un sensor de luz 16, asignado a ésta, una información digital, por ejemplo, el paso de la luz o la absorción de la luz o también la reflexión de la luz o la absorción de la luz. El código de las pistas de código 14 puede estar hecho entonces de un material absorbente de la luz o también de un material reflectante. En el ejemplo de realización mostrado, el disco de código 10 está subdividido en 16 intervalos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la exploración de un disco de código (10) de un codificador de ángulo de rotación, con un código digital (14) que permite determinar un intervalo angular actual a partir de una pluralidad de intervalos 5 angulares posibles (W) y con un código analógico (18) que permite determinar la posición angular exacta del disco de código (10) dentro del intervalo angular actual (W) , presentando sucesivamente el código analógico (18) máximos y mínimos, explorándose el código analógico (18) , caracterizado por que un valor de exploración máximo o mínimo determinado se almacena como referencia analógica del respectivo intervalo angular asignado (W) en un sistema de procesamiento (24) conectado a continuación y el ángulo exacto entre un máximo y un mínimo contiguo en el intervalo angular (W) se determina después por interpolación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que los valores máximos o mínimos de exploración del código analógico (18) se actualizan durante el funcionamiento del codificador de ángulo de rotación.

15 3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se comprueba la plausibilidad de la información sobre el intervalo angular actual (W) que se ha obtenido del código digital.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que en caso de existir un error en el código digital

(14) en el orden de magnitud de un intervalo angular (W) se determina mediante la lectura del código analógico (18) 20 en qué intervalo angular (W) se encuentra el disco de código (10) .

 

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