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Dokumentenidentifikation DE69902209T2 06.03.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0972176
Titel KOMBINIERTER DREHMOMENT-INKREMENTAL-GEBER
Anmelder TRW Lucas Varity Electric Steering Ltd., Wednesbury, West Midland, GB
Erfinder PINNOCK, Andrew, Robert, Bournville, Birmingham B30 2DN, GB
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69902209
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.01.1999
EP-Aktenzeichen 999026974
WO-Anmeldetag 28.01.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/GB99/00301
WO-Veröffentlichungsnummer 0009939169
WO-Veröffentlichungsdatum 05.08.1999
EP-Offenlegungsdatum 19.01.2000
EP date of grant 24.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.03.2003
IPC-Hauptklasse G01L 3/12
IPC-Nebenklasse G01D 5/00   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft einen kombinierten Drehmoment- und Winkelstellungsmeßfühler für eine Verwendung in beispielsweise einem Lenkungssystem, das durch eine elektrische Leistung unterstützt wird (EPAS).

Das WO 96/06330 offenbart einen Drehmomentmeßfühler, bei dem zwei relativ bewegliche drehbare Elemente vorhanden sind, die jeweils abwechselnde erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichen Durchlässigkeitsgraden aufweisen, wobei derartige Bereiche so wirken, daß eine optische Strahlung von einer Quelle moduliert wird, um eine Abbildung bei einer optischen Meßfühleranordnung zu erzeugen. Daten, die von der Anordnung entnommen werden, werden durch einen Datenprozessor verarbeitet, um die relativen Stellungen der zwei drehbaren Elemente durch Nachweisen der Breiten der Spalten zwischen einer ersten dunklen Fläche, die durch einen Bereich mit niedrigem Durchlässigkeitsgrad bei einem drehbaren Element erzeugt wird, und dunklen Flächen auf den gegenüberliegenden Seiten der ersten dunklen Fläche zu ermitteln, wobei derartige dunkle Flächen durch zwei angrenzende Bereiche mit niedrigem Durchlässigkeitsgrad beim anderen drehbaren Element erzeugt werden.

Bei einem EPAS-System ist es ebenfalls erforderlich, daß die gegenwärtige absolute Stellung der drehbaren Elemente bekannt ist, und im WO 96/06330 wird eine Anordnung beschrieben, bei der eine Anzahl von Bereichen mit niedrigem Durchlässigkeitsgrad bei einem drehbaren Element eine Breite aufweist, die vom Rest abweicht, so daß eine "Index"-Stellung festgelegt werden kann, wenn diese Bereiche nachgewiesen werden. Es wurde ermittelt, daß ein einzelner Bereich mit abweichendem niedrigem Durchlässigkeitsgrad für diesen Zweck ausreichend ist, aber, wenn das System anfangs eingeschaltet wird, können die drehbaren Elemente um bis zu 180º gedreht werden müssen, um zu ermöglichen, daß die Indexstellung nachgewiesen wird.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen kombinierten Drehmoment- und Winkelstellungsmeßfühler bereitzustellen, bei dem die absolute Stellung festgelegt werden kann, ohne daß ein Drehen der drehbaren Elemente bei der Inbetriebnahme erforderlich ist.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein kombinierter Drehmoment- und Winkelstellungsdetektor bereitgestellt, der aufweist: eine optische Strahlungsquelle; eine Anordnung von optischen Meßfühlern; ein erstes und zweites Element, die zwischen der Quelle und der Anordnung angeordnet sind, wobei die Elemente zusammen drehbar und ebenfalls winkelig relativ zueinander in einem begrenzten Maß für eine Drehmomentmessung beweglich sind, wobei das erste und zweite Element jeweils eine Vielzahl von abwechselnden ersten und zweiten Bereichen aufweisen, wobei die ersten Bereiche größere optische Durchlässigkeitsgrade aufweisen als die zweiten Bereiche, wobei das zweite Element ebenfalls weitere Bereiche mit einem optischen Durchlässigkeitsgrad zwischen den Durchlässigkeitsgraden der ersten und zweiten Bereiche aufweist, wobei die weiteren Bereiche jeweils eine unterschiedliche Winkelbreite aufweisen; und einen Datenprozessor, der angeordnet ist, um Daten der optischen Stärke von jedem der Meßfühler der Anordnung zu erfassen, und der funktioniert, um derartige Daten zu verarbeiten, um die Winkelstellung des zweiten Elementes durch Messen der Breite und der Stellung einer Abbildung eines nachgewiesenen einen der weiteren Bereiche darauf und die relative Winkelverschiebung des ersten und zweiten Elementes durch Messen der Stellung der Abbildung eines zweiten Bereiches des zweiten Elementes relativ zu den Stellungen der Abbildungen von zwei angrenzenden zweiten Bereichen des ersten Elementes zu ermitteln.

Vorzugsweise werden die Stellungen der Abbildungen der ersten und zweiten Bereiche durch Vergleichen der Daten der optischen Stärke für jeden Meßfühler der Anordnung mit einem oberen Grenzwert ermittelt. Die Stellungen der weiteren Bereiche werden durch Vergleichen der Daten der Stärke für jeden Meßfühler der Anordnung mit einem unteren Grenzwert ermittelt.

Vorzugsweise werden die weiteren Bereiche des zweiten Elementes so angeordnet, daß sie mittig innerhalb von dessen ersten Bereichen liegen.

Das zweite Element kann durch Laminieren einer Maske, die die ersten und zweiten Bereiche definiert, mit einer durchsichtigen Deckschicht gebildet werden, die halbdurchlässige Flächen aufweist, die die weiteren Bereiche bilden.

In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein kombinierter Drehmoment- und Winkelstellungsmeßfühler bereitgestellt, der aufweist: eine optische Strahlungsquelle; eine Anordnung von optischen Meßfühlern, die durch die Quelle beleuchtet werden; ein erstes und zweites Element, die zwischen der Quelle und der Anordnung angeordnet sind, wobei das erste und das zweite Element zusammen drehbar und winkelig relativ zueinander in einem begrenzten Maß für eine Drehmomentmessung beweglich sind, wobei jedes von erstem und zweitem Element eine Vielzahl von abwechselnden ersten und zweiten Bereichen aufweisen, wobei die ersten Bereiche größere optische Durchlässigkeitsgrade aurweisen als die zweiten Bereiche, wobei die zweiten Bereiche des zweiten Elementes hinsichtlich der Winkelbreite so variieren, daß die Winkelbreiten von deren ersten Bereichen fortschreitend um das zweite Element herum kleiner werden; und einen Datenprozessor, der angeschlossen ist, um Daten der optischen Stärke von jedem der Meßfühler der Anordnung zu empfangen, und der funktioniert, um derartige Daten zu verarbeiten, um die Winkelstellung des zweiten Elementes durch Messen der Stellung und der Breite der Abbildung der zweiten Bereiche des zweiten Elementes und die relative Winkelverschiebung zwischen den Elementen durch Messen der Stellung einer Abbildung eines zweiten Bereiches des ersten Elementes relativ zu den Stellungen der Abbildungen von zwei angrenzenden zweiten Bereichen des zweiten Elementes zu ermitteln.

Die zweiten Bereiche des zweiten Elementes werden bevorzugt so angeordnet, daß ihre Mittellinien gleichwinkelig um das Element herum beabstandet sind.

Es sind vorzugsweise zwei Meßfühleranordnungen in diametral gegenüberliegenden Stellungen vorhanden. In diesem Fall sind die zweiten Bereiche des zweiten Elementes vorzugsweise hauptsächlich in angrenzenden Paaren um das zweite Element herum angeordnet, wobei die zwei zweiten Bereiche eines jeden Paares die gleiche Winkelbreite aufweisen. Um zu vermeiden, daß man eine Situation hat, wo jede Anordnung nur zweite Bereiche der gleichen Breite wie jeden anderen "sehen" kann, werden die Paare durch Einbeziehung der einzelnen zweiten Bereiche in nicht gegenüberliegenden Stellungen versetzt.

In Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein kombinierter Drehmoment- und Winkelstellungsmeßfühler bereitgestellt, der aufweist: eine optische Strahlungsquelle; eine Anordnung von optischen Meßfühlern, die durch die Quelle beleuchtet werden; ein erstes und zweites Element, die zwischen der Quelle und der Anordnung angeordnet sind, wobei das erste und das zweite Element zusammen drehbar und ebenfalls winkelig relativ zueinander in einem begrenzten Maß für eine Drehmomentmessung beweglich sind, wobei jedes von erstem und zweitem Element eine Vielzahl von abwechselnden ersten und zweiten Bereichen aufweisen, wobei die ersten Bereiche einen größeren optischen Durchlässigkeitsgrad aufweisen als die zweiten Bereiche, wobei eine kombinierte Abbildung einer Zone der Elemente auf der Anordnung gebildet wird, wobei die Breiten der zweiten Bereiche voneinander so abweichen, daß in irgendeiner Stellung des ersten und zweiten Elementes Abbildungen der zweiten Bereiche, die eine einmalige Kombination von Winkelbreiten aurweisen, in der Abbildung vorhanden sind; und einen Datenprozessor, der angeschlossen ist, um Daten der optischen Stärke von jedem der Meßfühler der Anordnung zu empfangen, und der mit derartigen Daten funktioniert, um eine grobe Messung der Winkelstellung der Elemente, indem nachgewiesen wird, welche einmalige Kombination in der Abbildung auftritt, eine feine Messung der Winkelstellung in Übereinstimmung mit der Stellung der Abbildung eines ausgewählten zweiten Bereiches innerhalb der empfindlichen Abbildung und die relative Winkelstellung der Elemente durch Ermitteln der Stellung der Abbildung eines zweiten Bereiches eines Elementes relativ zu den Abbildungen von zwei angrenzenden zweiten Bereichen des anderen Elementes zu ermitteln.

Um ausreichende Daten zu erhalten, um die einmaligen Kombinationen nachzuweisen und die Winkelposition und die relative Winkelverschiebung mit einem hohen Niveau an Auflösung und Genauigkeit zu messen, ist es vorzugsweise wünschenswert, zwei Quellen und zwei Meßfühleranordnungen in diametral gegenüberliegenden Stellungen relativ zur gemeinsamen Achse des ersten und zweiten Elementes zu nutzen.

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine zeichnerische Darstellung, die die allgemeinen charakteristischen Merkmale eines kombinierten Drehmoment- und Winkelstellungsdetektors der Ausführung zeigt, die die vorliegende Erfindung betrifft;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Schaltung, die für das Laden von Daten von jedem Meßfühler einer Meßfühleranordnung, die in Fig. 1 eingeschlossen ist, in einen Datenprozessor bereitgestellt wird;

Fig. 3 eine zeichnerische Darstellung einer Modifikation des in Fig. 1 gezeigten Meßfühlers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 idealisierte "Wellenformen", die von der Meßfühleranordnung in einem Zustand des Nulldrehmomentes bei Anwendung der in Fig. 3 gezeigten Modifikation abgeleitet werden;

Fig. 5 idealisierte "Wellenformen", die von jenen in Fig. 4 gezeigten abgeleitet werden, wobei Fig. 5(b) bis 5 (i) den Einfluß kleiner Veränderungen der Stellung der Meßfühlerelemente relativ zur Meßfühleranordnung zeigen, wie durch die Linien (b) bis (i) in Fig. 4 gezeigt wird;

Fig. 6 und 7 idealisierte "Wellenformen", die jenen in Fig. 4 und 5 gezeigten entsprechen, aber bei vorhandenem maximalem Drehmoment;

Fig. 8 eine zeichnerische Darstellung, die eine zweite Ausführung der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 9 und 10 idealisierte "Wellenformen", die jenen in Fig. 4 und 5 gezeigten entsprechen, aber für die zweite Ausführung;

Fig. 11 und 12 idealisierte "Wellenformen" entsprechend Fig. 6 und 7, aber für die zweite Ausführung;

Fig. 13 eine Veranschaulichung, die eine dritte Ausführung der Erfindung zeigt;

Fig. 14 eine Tabelle, die die Folge der Kode zeigt, die bei dieser dritten Ausführung der Erfindung für eine grobe Ermittlung der Winkelstellung erhalten werden;

Fig. 15 eine Reihe von idealisierten "Wellenformen", die von der in Fig. 13 gezeigten Meßfühleranordnung beim Nulldrehmoment abgeleitet werden;

Fig. 16(a) bis (e) eine Reihe von idealisierten Wellenformen, die von jenen in Fig. 15 gezeigten abgeleitet werden, wobei der Einfluß der relativ kleinen Veränderungen bei der relativen Stellung der Meßfühleranordnungen gezeigt wird, und in Linien (a) bis (h) in Fig. 17 gezeigt;

Fig. 17 eine Darstellung wie Fig. 5 beim Zustand des maximalen Drehmomentes; und

Fig. 18 und 19(a) bis (h) entsprechende Darstellungen wie Fig. 16(a) bis (e) im Zustand des vollen Drehmomentes.

Der grundlegende Aufbau der nachfolgend beschriebenen kombinierten Drehmoment- und Winkelstellungsmeßfühler wird in Fig. 1 gezeigt.

Im Grunde genommen umfaßt der Meßfühler zwei nebeneinanderliegende Scheibenelemente 10, 12, die entsprechend auf zwei ausgerichteten Wellen 2, 4 montiert sind, die mittels eines Torsionsstabes 6 in einer Bohrung 8 in der Welle 14 miteinander verbunden sind. Jedes Scheibenelement 10, 12 ist mit einer ringförmigen Anordnung von bogenförmigen Schlitzen 16, 18 ausgebildet, wobei die Schlitze 16, 18 Abschnitte der Scheibenelemente 10, 12 verkörpern, die einen höheren optischen Durchlässigkeitsgrad aufweisen als die Abschnitte, die die bogenförmigen Schlitze trennen. In der folgenden Beschreibung bezieht man sich auf diese trennenden Abschnitte als "Speichen". Es ist eine gleiche Anzahl (beispielsweise 36) von gleichwinkelig beabstandeten Speichen auf jedem Scheibenelement vorhanden, und jene auf einem Scheibenelement zeigen eine größere Winkelbreite als jene auf dem anderen Element.

Eine Lichtquelle 20 ist auf einer Seite der Scheiben vorhanden, und eine optische Meßfühleranordnung 22 ist auf der anderen vorhanden. Die Speichen werfen ein Schattenbild auf die Meßfühleranordnung, und durch Eingeben von Daten der optischen Stärke von jedem Meßfühler in der Anordnung 22 in einen Datenprozessor 24 und Verarbeiten dieser Daten ist es möglich, die Winkelverschiebung des einen Scheibenelementes relativ zum anderen zu ermitteln.

Die Lichtquelle 20 ist eine Punktquelle mit einem Lichtdiffuser, so daß die Ränder des Schattenbildes etwas unscharf sind, wodurch es möglich wird, die Randstellungen auf einem hohen Auflösungsniveau zu ermitteln, als es anderenfalls durch ein Beabstanden der Meßfühler in der Anordnung 22 zustande gebracht werden könnte.

Verschiedene Fehler werden in die vorgenommenen Messungen der Stärke wegen der Abweichungen hinsichtlich der Empfindlichkeit der Meßfühler in der Anordnung entsprechend dem Winkel des Lichteinfalls eingebracht. Außerdem werden durch geometrische charakteristische Merkmale des Meßfühlers Verzerrungen eingebracht, aber, wie im Detail im WO 96/06330 erklärt wird, gleicht der Datenprozessor diese Fehler und Verzerrungen aus und kann linearisierte idealisierte "Wellenformen" erzeugen, die effektiv idealisierte Momentaufnahmen der Abbildung auf der Anordnung sind.

Mit Bezugnahme auf Fig. 2 ist die verwendete Anordnung eine lineare Anordnung mit 128 Pixel, die, wie es üblich ist, 128 Analogspeicherelemente umfaßt, in die Signale gleichzeitig eingeführt werden, wenn eine Momentaufnahme gemacht wird. Diese Signale werden danach sequentiell in einen Differentialverstärker 80 mittels eines Pixelpuffers 74 unter der Steuerung eines Taktgebers 82, der die Schalter 70-73 steuert, ausgegeben. Der Differentialverstärker liefert ein Signal, das die Differenz zwischen dem Pixelwert und einem "dunklen Pixel"-Bezugswert 76 anzeigt, mittels eines Pixelpuffers 78. Das Differenzsignal wird in einer Abtast-Halte-Schaltung 84 gespeichert und danach mittels eines Ausgabepuffers zu einem Analog-Digital-Wandler (nicht gezeigt) des Datenprozessors übertragen. Für jede Momentaufnahme werden 128 Digitalwerte im RAM des Prozessors für die anschließende Verarbeitung gespeichert.

Mit Bezugnahme auf Fig. 3 wird der grundlegende Meßfühler aus Fig. 1 durch Hinzufügen einer durchsichtigen ringförmigen Deckschicht 100 modifiziert, die halbdurchlässige Zonen lOOa darauf aufweist. Die halbdurchlässigen Zonen 100a zeigen eine zunehmend größere Breite um die Deckschicht herum, aber ihre Mitten sind gleichwinkelig beabstandet. Die Deckschicht 100 ist am Scheibenelement 12 befestigt, wobei die halbdurchlässigen Zonen in der Mitte zwischen den Speichen des Elementes 12 sind. Die Speichen des Elementes 10 zeigen eine grundlegende Breite x, die einem Winkel von 1,2901º in der Mitte der Scheibe gegenüberliegt. Die Speichen des Scheibenelementes 12 sind das 1,4-fache dieser Breite. Die halbdurchlässigen Zonen variieren von 1,6x bis 5,2x in Stufen von 0,1x.

Fig. 4 zeigt die idealisierte "Wellenform", die vom Prozessor aus den Daten abgeleitet wird, die von der Anordnung nach einer Momentaufnahme eingegeben werden, wobei die Maxima in der Wellenform die nachgewiesenen dunklen Zwischenräume verkörpern. Beim Nulldrehmoment sind die Abschnitte der "vollen Höhe" genauso, wie sie bei der grundlegenden Konstruktion wären. Die Abschnitte der "halben Höhe", die durch die halbdurchlässigen Zonen der Deckschicht 100 erzeugt werden, werden als Wa, Wb, Wc gezeigt. Der Prozessor kann zwischen Abschnitten mit voller Höhe und halber Höhe differenzieren, indem zwei Reihen von Vergleichen der Wellenform mit einem oberen Bezugsniveau für die Drehmomentermittlung und mit einem unteren Bezugsniveau für die Stellungsermittelung durchgeführt werden.

Wie in Fig. 5 gezeigt wird, spielt es im Zustand des Nulldrehmomentes keine Rolle, welcher Teil der Wellenform für den Meßfühler zum Zeitpunkt der Momentaufnahme sichtbar ist; die volle Breite eines Abschnittes mit der halben Höhe ist immer sichtbar, wodurch gestattet wird, daß der Prozessor ermittelt, welche der halbdurchlässigen Zonen sichtbar ist, und daß er ihre genaue Stellung in der Fensteranordnung ermittelt, um die genaue Berechnung der Winkelstellung zu gestatten.

Fig. 6 zeigt die Situation, wo das volle Drehmoment zur Anwendung kommt. Wie beim grundlegenden Meßfühler in Fig. 1 kann der Prozessor ohne weiteres die relative Verschiebung der zwei Scheibenelemente relativ zueinander (und daher das Drehmoment) ermitteln. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, ist es immer möglich, die halbdurchlässige Zone nachzuweisen, die sichtbar ist, entweder durch direkte Messung ihrer Breite oder durch Messung der Breite des Spaltes, der ihr folgt, wenn die Vorderkante durch eine Speiche von voller Höhe verdeckt wird, oder des Spaltes, der ihr vorangeht, wenn die Hinterkante so verdeckt wird.

In der in Fig. 8 gezeigten Ausführung wird keine durchsichtige Deckschicht verwendet. Statt dessen variieren die Speichen auf dem Scheibenelement 12 von 1,2x Breite bis 3,0x Breite, wie zeichnerisch gezeigt wird. Wie gezeigt wird, wird ein Schritt von 0,1x bei der Breite der abwechselnden Speichen zur Anwendung gebracht, und das zeigt die Wirkung, daß sich die Spalten zwischen den Speichen fortschreitend in der Uhrzeigerrichtung verkleinern, wie in Fig. 8 zu sehen ist. Zwei Anordnungen werden in diametral gegenüberliegenden Stellungen eingesetzt, und um zu sichern, daß eine Situation nicht auftreten kann, wo die einzigen Speichen, die von jeder Anordnung gesehen werden können, die Paare werden von Speichen durch Einbeziehung der zwei einzelnen Speichen 110, 120 in nicht gegenüberliegenden Stellungen versetzt.

Die Wellenformen des Nulldrehmomentes und des maximalen Drehmomentes in Fig. 9 bis 12 zeigen, daß, wo auch immer die Anordnungsfenster zum Zeitpunkt der Momentaufnahme vorhanden sind, es immer möglich ist, das Verhältnis zwischen den Spalten zu ermitteln, um das Drehmoment und die Breite einer Speiche zu ermitteln, um die grobe Stellung der dunklen Elemente nachzuweisen. Der Prozessor kann die veränderlichen Daten der Speichenbreite und die Spaltdaten verwenden, um das Drehmoment und die absolute Stellung genau zu ermitteln.

In der in Fig. 13 gezeigten Anordnung werden vier verschiedene Breiten der Speichen bei den zwei Scheibenelementen 10, 12 verwendet. Die Speichenbreiten sind a = x, b = 1,2x, c = 1,4x und d = 1,6x. Die Speichen bei den zwei Scheibenelementen treten in den folgenden Reihenfolgen auf:

Scheibe 10 aaaaaaaaaaaaaaaaaabcbdccddcbdcbcdddb

Scheibe 12 bcdcdbcbbbdccddcbcbbdcbcddddcdbcbbbc.

Fig. 13 zeigt tatsächlich für jedes der 36 Segmente der Scheibenelemente die Speichenbreite, die bei den zwei Scheibenelementen erscheint.

Es werden zwei diametral gegenüberliegende Anordnungen verwendet, jede mit ihrer eigenen separaten Lichtquelle. Sobald die Speichensignale normalisiert und korrigiert sind, wird die Reihenfolge der sichtbaren Speichen festgelegt, indem ein Kode durch Lesen der Speichenbreiten abwechselnd aus den Wellenformen für die zwei Anordnungsfenster konstruiert wird. Die resultierende Tabelle der Kode wird in Fig. 14 gezeigt.

Fig. 15 zeigt die idealisierten Wellenformen für die zwei Anordnungen beim Nulldrehmoment.

Unterschiedliche Anordnungsfensterstellungen zum Zeitpunkt der Momentaufnahmen führen zu den abweichenden Situationen, die in Fig. 16 gezeigt werden, die zeigt, wie eine eindeutige Kodefolge für die gegenwärtige Winkelstellung ermittelt wird.

Veränderungen beim Drehmoment verändern nicht die Kodefolge, da ein Überdecken der Speichen durch Begrenzen der durch das Drehmoment herbeigeführten Verschiebung verhindert wird. Wenn die Scheiben "zusammen" gedreht werden, verändert sich der beobachtete 4-Element-Kode dementsprechend. Mindestens 5 Speichenränder sind immer bei jeder der Anordnungen sichtbar, so daß mindestens zwei vollständige Speichen bei jeder Anordnung sichtbar sind. Bei einer geradzahligen Anzahl (d. h. 36) von Fenstern und den gegenüberliegenden Anordnungen kann gesichert werden, daß die sichtbaren Speichen miteinander übereinstimmen, um den richtigen "zusammengesetzten" Kode zu erzeugen. Jeder Kode umfaßt eine Speiche "a", so daß es möglich ist, zwischen den Scheibenelementen zu unterscheiden, da nur das Scheibenelement 10 "a"-Speichen aufweist. Die grobe Scheibenelementstellung ist auf innerhalb 5º einfach aus den Kode ermittelbar, wobei die feinen Stellungsdaten wie bei den vorhergehenden Ausführungen in Form der genauen Stellung der Speichenabbildung im Fenster berechnet werden.

Beim Zuordnen des Stellungskode, wo eine spezielle Speiche in einem Fenster einer breiteren Speiche im anderen gegenüberliegt, ist es möglich, daß einer oder ein anderer der Ränder der breiteren Speiche gerade außerhalb des Anordnungsfensters sein kann. Siehe beispielsweise Fig. 16(b), wo eine vollständige "a"-Speiche in der Abbildung der Anordnung 1 erscheint, die entsprechende "b"-Speiche aber 5 nur teilweise innerhalb der Abbildung der Anordnung 2. Diese Situation wird vom Prozessor erkannt, der nur vollständige Speichenpaarabbildungen berücksichtigt und den richtigen Kode bbac eher als abbc zuordnet - d. h., die erste "a"-Speiche wird ignoriert.


Anspruch[de]

1. Kombinierter Drehmoment- und Winkelstellungsdetektor, der aufweist: eine optische Strahlungsquelle (20); eine Anordnung von optischen Meßfühlern (22); ein erstes und zweites Element (10, 12), die zwischen der Quelle und der Anordnung angeordnet sind, wobei die Elemente zusammen drehbar und ebenfalls winkelig relativ zueinander in einem begrenzten Maß für eine Drehmomentmessung beweglich sind, wobei das erste und zweite Element jeweils eine Vielzahl von abwechselnden ersten und zweiten Bereichen (16, 18) aufweisen, wobei die ersten Bereiche größere optische Durchlässigkeitsgrade aufweisen als die zweiten Bereiche, wobei das zweite Element ebenfalls weitere Bereiche (100a) mit einem optischen Durchlässigkeitsgrad zwischen den Durchlässigkeitsgraden der ersten und zweiten Bereiche aufweist, wobei die weiteren Bereiche jeweils eine unterschiedliche Winkelbreite aufweisen; und einen Datenprozessor (24), der angeordnet ist, um Daten der optischen Stärke von jedem der Meßfühler der Anordnung zu erfassen, und der angeordnet ist, um derartige Daten zu verarbeiten, um die Winkelstellung des zweiten Elementes durch Messen der Breite und der Stellung einer Abbildung eines nachgewiesenen einen der weiteren Bereiche darauf und die relative Winkelverschiebung des ersten und zweiten Elementes durch Messen der Stellung der Abbildung eines zweiten Bereiches des zweiten Elementes relativ zu den Stellungen der Abbildungen von zwei angrenzenden zweiten Bereichen des ersten Elementes zu ermitteln.

2. Detektor nach Anspruch 1, bei dem der Datenprozessor angeordnet ist, um die Stellungen der Abbildungen der ersten und zweiten Bereiche durch Vergleichen der Daten der optischen Stärke für jeden Meßfühler der Anordnung mit einem oberen Grenzwert zu ermitteln.

3. Detektor nach Anspruch 2, bei dem der Datenprozessor angeordnet ist, um die Stellungen der Abbildungen der weiteren Bereiche durch Vergleichen der Daten der Stärke für jeden Meßfühler in der Anordnung mit einem unteren Grenzwert zu ermitteln.

4. Detektor nach vorhergehenden Ansprüchen, bei dem die weiteren Bereiche des zweiten Elementes so angeordnet sind, daß sie mittig innerhalb der entsprechenden von dessen ersten Bereichen liegen.

5. Detektor nach vorhergehenden Ansprüchen, bei dem das zweite Element eine erste Maske aufweist, die die ersten und zweiten Bereiche definiert, laminiert mit einer durchsichtigen Deckschicht, die halbdurchlässige Flächen aufweist, die die weiteren Bereiche bilden.

6. Kombinierter Drehmoment- und Winkelstellungsmeßfühler, der aufweist: eine optische Strahlungsquelle (20); eine Anordnung von optischen Meßfühlern (22), die durch die Quelle beleuchtet werden; ein erstes und zweites Element (10, 12), die zwischen der Quelle und der Anordnung angeordnet sind, wobei das erste und das zweite Element zusammen drehbar und winkelig relativ zueinander in einem begrenzten Maß für eine Drehmomentmessung beweglich sind, wobei jedes von erstem und zweitem Element eine Vielzahl von abwechselnden ersten und zweiten Bereichen (16, 18) aufweisen, wobei die ersten Bereiche größere optische Durchlässigkeitsgrade aufweisen als die zweiten Bereiche, wobei die zweiten Bereiche des zweiten Elementes hinsichtlich der Winkelbreite so variieren, daß die Winkelbreiten von deren ersten Bereichen fortschreitend um das zweite Element herum kleiner werden; und einen Datenprozessor (24), der angeschlossen ist, um Daten der optischen Stärke von jedem der Meßfühler der Anordnung zu empfangen, und der angeordnet ist, um derartige Daten zu verarbeiten, um die Winkelstellung des zweiten Elementes durch Messen der Stellung und der Breite der Abbildung der zweiten Bereiche des zweiten Elementes und die relative Winkelverschiebung zwischen den Elementen durch Messen der Stellung einer Abbildung eines zweiten Bereiches des ersten Elementes relativ zu den Stellungen der Abbildungen von zwei angrenzenden zweiten Bereichen des zweiten Elementes zu ermitteln.

7. Detektor nach Anspruch 6, bei dem die zweiten Bereiche des zweiten Elementes Mittellinien aufweisen, die gleichwinkelig um das zweite Element herum beabstandet sind.

8. Detektor nach Anspruch 7, bei dem zwei Meßfühleranordnungen in diametral gegenüberliegenden Stellungen vorhanden sind.

9. Detektor nach Anspruch 8, bei dem die zweiten Bereiche des zweiten Elementes hauptsächlich in angrenzenden Paaren um das zweite Element herum angeordnet sind, wobei die zwei zweiten Bereiche eines jeden Paares die gleiche Winkelbreite aufweisen.

10. Detektor nach Anspruch 9, bei dem die Paare der Bereiche relativ zueinander durch Einbeziehung der zwei einzelnen zweiten Bereiche in nicht gegenüberliegenden Stellungen versetzt sind.

11. Kombinierter Drehmoment- und Winkelstellungsmeßfühler, der aufweist: eine optische Strahlungsquelle (20); eine Anordnung von optischen Meßfühlern (22), die durch die Quelle beleuchtet werden; ein erstes und zweites Element (10, 12), die zwischen der Quelle und der Anordnung angeordnet sind, wobei das erste und das zweite Element zusammen drehbar und ebenfalls winkelig relativ zueinander in einem begrenzten Maß für eine Drehmomentmessung beweglich sind, wobei jedes von erstem und zweitem Element eine Vielzahl von abwechselnden ersten und zweiten Bereichen (16, 18) aufweisen, wobei die ersten Bereiche einen größeren optischen Durchlässigkeitsgrad aufweisen als die zweiten Bereiche, wobei die Vorrichtung angeordnet wird, um eine kombinierte Abbildung einer Zone der Elemente auf der Anordnung zu bilden, wobei die Breiten der zweiten Bereiche voneinander so abweichen, daß in irgendeiner Stellung des ersten und zweiten Elementes Abbildungen der zweiten Bereiche, die eine einmalige Kombination von Winkelbreiten aufweisen, erhalten werden können; und einen Datenprozessor (24), der angeschlossen ist, um Daten der optischen Stärke von jedem der Meßfühler der Anordnung zu empfangen, und der angeordnet ist, um mit derartigen Daten zu arbeiten, um eine erste Messung der Winkelstellung der Elemente, indem nachgewiesen wird, welche einmalige Kombination in der Abbildung auftritt, eine zweite Messung, die feiner ist als die erste, der Winkelstellung in Übereinstimmung mit der Stellung der Abbildung eines ausgewählten zweiten Bereiches innerhalb der Abbildung, und die relative Winkelstellung der Elemente durch Ermitteln der Stellung der Abbildung eines zweiten Bereiches eines Elementes relativ zu den Abbildungen von zwei angrenzenden zweiten Bereichen des anderen Elementes zu ermitteln.

12. Detektor nach Anspruch 11, bei dem zwei Quellen und zwei Anordnungen in diametral gegenüberliegenden Stellungen relativ zur gemeinsamen Achse des ersten und zweiten Elementes bereitgestellt werden.







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