DE3837134A1 - Contactless, digital linear transmitter - Google Patents
Contactless, digital linear transmitterInfo
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- G01D5/36—Forming the light into pulses
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen berührungslosen, digitalen Lineargeber zur Erzeugung eines Digitalsignals nach Maßgabe des Stellweges eines linearbeweglichen Schiebers, enthaltendThe invention relates to a contactless, digital Linear encoder for generating a digital signal after Stipulation of the travel of a linear movable slide, containing
- a) ein lichtmodulierendes Muster längs des Stellweges,a) a light-modulating pattern along the travel path,
- b) lichtemittierende Mittel zur Erzeugung wenigstens eines Lichtbündels, das an einer von der Stellung des Schiebers abhängigen Stelle auf das Muster geleitet wird, undb) at least light-emitting means for production of a beam of light at one of the position of the slider dependent point on the pattern is directed, and
- c) Lichtempfangsmittel, die von einem durch das licht modulierende Muster hindurchtretenden Teil des Licht bündels beaufschlagt sind.c) Light receiving means by one through the light modulating pattern passing through part of the light are bundled.
Die DE-C2- 29 52 106 zeigt eine lichtelektrische, inkrementale Längenmeßeinrichtung, bei welcher Licht quellen parallelgerichtete Lichtbündel erzeugen, die durch eine stationäre Strichplatte (Abtastplatte) auf photoelektrische Detektoren fallen. Ein Maßstab ist parallel zu der Abtastplatte bewegbar. Bei dieser Anordnung muß ein abzutastender Maßstab an dem beweglichen Teil angebracht werden.DE-C2-29 52 106 shows a photoelectric, incremental length measuring device, in which light sources produce parallel light beams that through a stationary reticle (scanning plate) Photoelectric detectors are falling. Is a yardstick movable parallel to the scanning plate. At this Arrangement must be a scale to be scanned on the movable Part to be attached.
Eine ähnliche Anordnung mit einem an dem beweglichen Teil angebrachten Maßstab zeigt die DE-C2-30 37 810.A similar arrangement with one on the moving part attached scale shows the DE-C2-30 37 810.
Bei der DE-B- 25 10 113 wird eine Abtastvorrichtung mit einer beleuchteten Abtastplatte und Photodioden längs eines abzutastenden Maßstabs bewegt. Dabei müssen die Versorgungsspannungen auf einen beweglichen Abtastkopf übertragen und die erhaltenen Signale von diesem beweglichen Abtastkopf abgeführt werden. Das kann über flexible Kabel geschehen, die jedoch häufig störend sind und die Gefahr eines Kabelbruchs in sich bergen.In DE-B-25 10 113 a scanning device is used an illuminated scanning plate and photodiodes lengthways of a scale to be scanned. The Supply voltages on a movable scanning head transmitted and the signals received from this movable scanning head are discharged. That can over flexible cables happen, but they are often annoying and run the risk of a cable break.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen berührungslosen, digitalen Lineargeber der eingangs definierten Art so auszubilden, daß sowohl die elektrischen Teile als auch der Maßstab stationär angeordnet werden können.The invention has for its object a contactless, digital linear encoder of the input defined type so that both the electrical parts as well as the scale stationary can be arranged.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daßAccording to the invention, this object is achieved in that
- d) die lichtemittierenden Mittel und die Lichtempfangs mittel stationär angeordnet sind, d) the light emitting means and the light receiving are arranged in a stationary manner,
- e) die lichtemittierenden Mittel das Lichtbündel parallel zu dem Stellweg des Schiebers und dem Muster aussenden,e) the light-emitting means the light beam in parallel to the travel of the slide and the pattern send out
- f) der Schieber eine erste reflektierende Fläche auf einer ersten Seite des Musters aufweist, deren Flächennormale mit dem Lichtbündel einen Winkel von 45° bildet, derart , daß das Lichtbündel um 90° umgelenkt wird und senkrecht auf das Muster fällt,f) the slide has a first reflective surface a first side of the pattern, the Surface normal with the light beam at an angle of 45 °, such that the light beam by 90 ° is redirected and falls vertically on the pattern,
- g) der Schieber eine zweite reflektierende Fläche auf der zweiten Seite des Musters aufweist, deren Flächen normale mit dem Lichtbündel einen Winkel von 45° bildet, derart, daß das Lichtbündel um 90° umgelenkt wird und antiparallel zu dem von den licht emittierenden Mitteln ausgesandten Lichtbündel längs des Stellweges des Schiebers auf die stationären Lichtempfangsmittel fällt.g) the slider has a second reflective surface on the has the second side of the pattern, the surfaces thereof normal with the light beam an angle of 45 ° forms, such that the light beam is deflected by 90 ° becomes and antiparallel to that of the light emitting means emitted light bundles along the travel of the slide on the stationary Light receiving means falls.
Auf diese Weise sind sowohl die lichtemittierenden Mittel als auch die Lichtempfangsmittel ebenso wie der Maßstab, das Muster, stationär angeordnet. An dem beweglichen Teil, dem Schlitten sind nur reflektierende Flächen angebracht.In this way, both are the light emitting agents as well as the light receiving means as well as the scale, the pattern, arranged stationary. On the moving part only reflective surfaces are attached to the slide.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiments of the invention are the subject of Subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. An embodiment of the invention is as follows with reference to the accompanying drawings explained.
Fig. 1 ist eine schematisch - perspektivische Darstellung und veranschaulicht das Grundprinzip des Linear gebers, wobei der Lineargeber als Inkrementalgeber ausgebildet ist. Fig. 1 is a schematic - perspective view and illustrates the basic principle of the linear encoder, wherein the linear encoder is designed as an incremental encoder.
Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht des Linear gebers von Fig. 1. Fig. 2 is a schematic side view of the linear encoder of Fig. 1st
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung des Geber kopfes bei einer anderen Ausführung des Linear gebers. Fig. 3 is a perspective view of the encoder head in another embodiment of the linear encoder.
Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen vollständigen Lineargeber mit Schlitten und einem Geberkopf nach Fig. 3, wobei der Lineargeber als Absolutgeber ausgebildet ist. FIG. 4 shows a perspective view of a complete linear encoder with a slide and an encoder head according to FIG. 3, the linear encoder being designed as an absolute encoder.
In Fig. 1 sind mit 10 lichtemittierende Mittel in Form einer einzigen Lichtquelle bezeichnet. Die lichtemittierenden Mittel 10 senden ein Lichtbündel 12 aus, das waagerecht in Fig. 1 verläuft. Ein Schlitten 14 ist längs eines ebenfalls waagerecht in Fig. 1 verlaufenden Stellweges durch eine (nicht dargestellte) Schlittenführung beweglich. Das Lichtbündel 12 verläuft also parallel zu dem Stellweg des Schlittens 14. Ebenso waagerecht in Fig. 1 und parallel zu dem Stellweg des Schlittens 14 erstreckt sich ein Muster träger 16 mit einem lichtmodulierenden Muster. Das Muster besteht hier aus in gleichen Abständen angeordneten Schlitzen 18 mit dazwischen angeordneten Stegen 20. An dem Schlitten 14 ist eine erste reflektierende Fläche 22 vorgesehen. Die Flächennormale der reflektierenden Fläche 22 bildet mit dem Lichtbündel 12 einen Winkel von 45°. Dadurch wird das Lichtbündel 12 um 90° umgelenkt und fällt senkrecht auf das lichtmodulierende Muster 18, 20. Das durch die Schlitze 18 hindurchtretende Licht wird von einer zweiten reflektierenden Fläche 24 des Schlittens 14 reflektiert. Die Flächennormale der Fläche 24 bildet mit dem umgelenkten Lichtbündel 26 einen Winkel von 45°. Dadurch wird das Lichtbündel nochmals um 90° umgelenkt und läuft als rücklaufendes Lichtbündel 28 antiparallel zu dem vorlaufenden Lichtbündel 12 zurück. Das rücklaufende Lichtbündel 28 fällt auf einen stationären photoel ektrischen Detektor 30. Die beiden reflektierenden Flächen 22 und 24 sind zueinander senkrecht und definieren eine Dachkante. Das gewährleistet, daß vorlaufendes Lichtbündel 12 und rücklaufendes Lichtbündel 28 stets antiparallel zueinander laufen, unbeeinflußt von Verdrehungen des Schlittens 14 um die Dachkante. Die Anordnung ist dadurch justagefreundlich. An der beschriebenen Geometrie ändert sich nichts, wenn der Schlitten 14 im Sinne des Doppel pfeiles 32 hin- und herbewegt wird.In Fig. 1 10 light emitting means in the form of a single light source are designated. The light-emitting means 10 emit a light beam 12 which runs horizontally in FIG. 1. A carriage 14 is movable along a travel path which is also horizontal in FIG. 1 by a carriage guide (not shown). The light beam 12 thus runs parallel to the travel path of the slide 14 . Also horizontally in Fig. 1 and parallel to the travel of the carriage 14 , a pattern carrier 16 extends with a light-modulating pattern. The pattern here consists of slots 18 arranged at equal intervals with webs 20 arranged between them. A first reflective surface 22 is provided on the carriage 14 . The surface normal of the reflecting surface 22 forms an angle of 45 ° with the light beam 12 . As a result, the light beam 12 is deflected by 90 ° and falls perpendicularly onto the light-modulating pattern 18 , 20 . The light passing through the slots 18 is reflected by a second reflective surface 24 of the slide 14 . The surface normal of the surface 24 forms an angle of 45 ° with the deflected light bundle 26 . As a result, the light bundle is deflected again by 90 ° and runs back as a returning light bundle 28 antiparallel to the leading light bundle 12 . The returning light bundle 28 falls on a stationary photoelectric detector 30 . The two reflecting surfaces 22 and 24 are perpendicular to each other and define a roof edge. This ensures that leading light bundle 12 and returning light bundle 28 always run antiparallel to one another, unaffected by twists of the carriage 14 around the roof edge. The arrangement is therefore easy to adjust. Nothing changes in the geometry described if the carriage 14 is moved back and forth in the direction of the double arrow 32 .
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind zur Ausschaltung von Störlicht zwischen den reflektierenden Flächen 22 und 24 und dem Muster 18, 20 jeweils Blenden 34 bzw. 36 angeordnet.As can be seen from FIG. 2, apertures 34 and 36 are arranged between the reflecting surfaces 22 and 24 and the pattern 18 , 20 in order to switch off interference light.
Diese Anordnung arbeitet als Inkrementalgeber. Jedes Weginkrement liefert einen Impuls. Diese Impulse werden in üblicher und daher nicht dargestellter Weise mittels eines Zählers aufsummiert. Es können bekannte Maßnahmen zur Erfassung der Richtungsabhängigkeit und zur Nullpunkt festlegung vorgesehen werden, wie sie in den oben zum Stand der Technik erwähnten Druckschriften beschrieben sind. Statt der Blenden 34, 36 oder zusätzlich zu diesen kann auch eine Abtastplatte vorgesehen werden, wie sie ebenfalls in diesen Druckschriften beschrieben ist. Das ist der Deutlichkeit halber hier nicht im einzelnen dargestellt und beschrieben.This arrangement works as an incremental encoder. Each increment gives a pulse. These pulses are added up in the usual and therefore not shown manner by means of a counter. Known measures for detecting the directional dependence and for establishing the zero point can be provided, as are described in the publications mentioned above for the prior art. Instead of the diaphragms 34 , 36 or in addition to these, a scanning plate can also be provided, as is also described in these publications. For the sake of clarity, this is not shown and described in detail here.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 sind insgesamt vier Lichtquellen 34, 36, 38 und 40 als lichtemittierende Mittel 42 vorgesehen. Die lichtemittierenden Mittel 42 sitzen an einem Geberkopf 44. An dem Geberkopf 44 sitzen auch vier photoelektrische Detektoren 46, 48, 50 und 52 als Lichtempfangsmittel 54. Die Lichtempfangsmittel S 4 sitzen unterhalb der lichtemittierenden Mittel 42. Der Geberkopf 44 enthält die zu den lichtemittierenden Mitteln 42 und den Lichtempfangsmitteln 54 gehörige Elektronik. An dem Geberkopf 44 sitzt auf der Rückseite ein mehrpoliger Anschlußstecker 56.In the embodiment of Fig. 3 and 4, four light sources 34, 36, 38 and 40 are provided in total as the light emitting means 42. The light-emitting means 42 are seated on an encoder head 44 . Four photoelectric detectors 46 , 48 , 50 and 52 are also located on the transducer head 44 as light receiving means 54 . The light receiving means S 4 are located below the light emitting means 42 . The encoder head 44 contains the electronics associated with the light-emitting means 42 and the light-receiving means 54 . A multi-pin connector 56 sits on the rear of the encoder head 44 .
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist an dem Geberkopf 44 weiterhin zwischen den lichtemittierenden Mitteln 42 und den Lichtempfangsmitteln 54 ein Musterträger 58 angebracht. Der Musterträger 58 enthält vier aus durch sichtigen und undurchsichtigen Flächenteilen bestehende Muster 60, 62, 64 und 66, die sich jeweils zwischen einem Paar von Lichtquelle z.B. 34 und Detektor 46 senkrecht zur Vorderfläche des Geberkopfes 44 erstrecken. Zwischen den Mustern 60, 62, 64 und 66 sind oben und unten Abschirm leisten 68, 70, 72 und 74, 76, 78. Der Geberkopf 44 und der Musterträger 58 bilden einen zusammenhängenden, stationären Bauteil, der die Muster und die aktiven elektronischen Teile enthält.As can be seen from FIG. 4, a sample carrier 58 is also attached to the transmitter head 44 between the light-emitting means 42 and the light-receiving means 54 . The pattern carrier 58 contains four patterns 60 , 62 , 64 and 66 consisting of visible and opaque surface parts, each of which extends between a pair of light sources, for example 34 and detector 46, perpendicular to the front surface of the transducer head 44 . Between patterns 60 , 62 , 64 and 66 there are shields 68 , 70 , 72 and 74 , 76 , 78 at the top and bottom. The encoder head 44 and the sample carrier 58 form a coherent, stationary component, which contains the patterns and the active electronic parts.
Ein Schlitten 80 ist mit einer Ausnehmung 82 im Sinne des Doppelpfeiles 84 auf einer (nicht dargestellten) Führung längs der Muster 60, 62, 66 und 68 geführt. Der Schlitten 80 greift, ähnlich wie in Fig. 1, u-förmig um den Musterträger 58, so daß ein Teil des Schlittens 80 sich in Fig. 4 über dem Musterträger 58 und ein anderer, damit integraler Teil sich unter dem Musterträger 58 befindet. An dem Schlitten 80 sind oberhalb des Musterträgers 58 reflektierende Flächen 86 angebracht, deren Flächennormalen mit den von den Lichtquellen 34, 36, 38 und 40 ausgehenden, vorlaufenden Lichtbündeln 88 jeweils einen Winkel von 45° bilden. Die Lichtbündel werden dadurch um 90° nach unten in Fig. 4 abgelenkt und fallen senkrecht auf die Muster 60, 62, 64 und 66. Zwischen den reflektierenden Flächen 86 weist der Schlitten Ausnehmungen 90, 92 und 94 auf, mit denen er über die Abschirmleisten 68, 70, 72 greift. Die durch die Muster 60, 62, 64 und 66 hindurchtretenden Teile der umgelenkten Lichtbündel 96 fallen auf reflektierende Flächen 98 des unteren Teils des Schlittens 80. Die Flächennormalen der reflektierenden Flächen 98 bilden mit den umgelenkten Lichtbündeln 96 jeweils Winkel von 45°, so daß die Licht bündel nochmals um 90° umgelenkt werden und als rücklaufende Lichtbündel 100 antiparallel zu den vorlaufenden Lichtbündeln 88 auf die Detektoren 46, 48, 50 und 52 fallen. Die Ebenen der Flächen 86 und 98 sind wieder zueinander senkrecht und definieren eine Dachkante, die horizontal und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens 80 verläuft.A carriage 80 is guided with a recess 82 in the direction of the double arrow 84 on a guide (not shown) along the patterns 60 , 62 , 66 and 68 . The carriage 80 , like in FIG. 1, grips u-shaped around the sample carrier 58 , so that part of the carriage 80 in FIG. 4 is above the sample carrier 58 and another, thus integral part, is under the sample carrier 58 . Reflecting surfaces 86 are attached to the carriage 80 above the sample carrier 58 , the surface normals of which form an angle of 45 ° with the leading light bundles 88 emanating from the light sources 34 , 36 , 38 and 40 . The light beams are thereby deflected by 90 ° downwards in FIG. 4 and fall perpendicularly onto the patterns 60 , 62 , 64 and 66 . Between the reflecting surfaces 86 , the carriage has recesses 90 , 92 and 94 with which it engages over the shielding strips 68 , 70 , 72 . The parts of the deflected light bundles 96 passing through the patterns 60 , 62 , 64 and 66 fall onto reflective surfaces 98 of the lower part of the carriage 80 . The surface normals of the reflecting surfaces 98 form angles of 45 ° with the deflected light bundles 96 , so that the light bundles are deflected again by 90 ° and as a returning light bundle 100 antiparallel to the leading light bundles 88 on the detectors 46 , 48 , 50 and 52 fall. The planes of the surfaces 86 and 98 are again perpendicular to one another and define a roof edge that runs horizontally and perpendicular to the direction of movement of the slide 80 .
Die Muster 60, 62, 64 und 66 sind so ausgebildet, daß die von den Detektoren 46, 48, 50 und 52 gelieferten Signale eine digitale Darstellung der absoluten Position des Schlittens liefern. Diese Anordnung ist somit ein Absolutgeber.Patterns 60 , 62 , 64 and 66 are designed so that the signals provided by detectors 46 , 48 , 50 and 52 provide a digital representation of the absolute position of the carriage. This arrangement is therefore an absolute encoder.
Claims (6)
- a) ein lichtmodulierendes Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) längs des Stellweges,
- b) lichtemittierende Mittel (10; 42) zur Erzeugung wenigstens eines Lichtbündels (12, 26; 88, 96), das an einer von der Stellung des Schiebers (14, 80) abhängigen Stelle auf das Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) geleitet wird, und
- c) Lichtempfangsmittel (30; 54), die von einem durch das lichtmodulierende Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) hindurchtretenden Teil des Lichtbündels (28; 100) beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß
- d) die lichtemittierenden Mittel (10; 42) und die Lichtempfangsmittel (30; 54) stationär angeordnet sind,
- e) die lichtemittierenden Mittel (10; 42) das Lichtbündel (12; 88) parallel zu dem Stellweg des Schiebers (14; 80) und dem Muster aussenden,
- f) der Schieber (14; 80) eine erste reflektierende Fläche (22; 86) auf einer ersten Seite des Musters (18, 20; 60, 62, 64, 66) aufweist, deren Flächennormale mit dem Lichtbündel (12; 88) einen Winkel von 45° bildet, derart , daß das Lichtbündel (12; 88) um 90° umgelenkt wird und senkrecht auf das Muster (18, 20; 60, 62, 64, 66) fällt,
- g) der Schieber (14; 80) eine zweite reflektierende Fläche (24; 98) auf der zweiten Seite des Musters (18, 20; 60, 62, 64, 66) aufweist, deren Flächennormale mit dem Lichtbündel (26; 96) einen Winkel von 45° bildet, derart, daß das Lichtbündel (26; 96) um 90° umgelenkt wird und antiparallel zu dem von den lichtemittierenden Mitteln (10; 42) ausgesandten Lichtbündel (12; 86) längs des Stellweges des Schiebers (14; 80) auf die stationären Licht empfangsmittel (30; 54) fällt.
- a) a light-modulating pattern ( 18 , 20 ; 60 , 62 , 64 , 66 ) along the travel path,
- b) light-emitting means ( 10 ; 42 ) for generating at least one light bundle ( 12 , 26 ; 88 , 96 ) which is placed on the pattern ( 18 , 20 ; 60 , 62 ) at a location which is dependent on the position of the slide ( 14, 80 ) , 64, 66 ) and
- c) light receiving means ( 30 ; 54 ) which are acted upon by a part of the light beam ( 28 ; 100 ) passing through the light-modulating pattern ( 18 , 20 ; 60 , 62 , 64 , 66 ), characterized in that
- d) the light-emitting means ( 10 ; 42 ) and the light-receiving means ( 30 ; 54 ) are arranged in a stationary manner,
- e) the light-emitting means ( 10 ; 42 ) emit the light bundle ( 12 ; 88 ) parallel to the travel of the slide ( 14 ; 80 ) and the pattern,
- f) the slide ( 14 ; 80 ) has a first reflecting surface ( 22 ; 86 ) on a first side of the pattern ( 18 , 20 ; 60 , 62 , 64 , 66 ), the surface normal of which is one with the light beam ( 12 ; 88 ) Forms an angle of 45 ° in such a way that the light beam ( 12 ; 88 ) is deflected by 90 ° and falls perpendicularly onto the pattern ( 18 , 20 ; 60 , 62 , 64 , 66 ),
- g) the slide ( 14 ; 80 ) has a second reflecting surface ( 24 ; 98 ) on the second side of the pattern ( 18 , 20; 60, 62, 64, 66 ), the surface normal of which is one with the light beam ( 26 ; 96 ) Forms an angle of 45 ° such that the light beam ( 26 ; 96 ) is deflected by 90 ° and antiparallel to the light beam ( 12 ; 86 ) emitted by the light-emitting means ( 10 ; 42 ) along the travel path of the slide ( 14 ; 80 ) falls on the stationary light receiving means ( 30 ; 54 ).
- a) die lichtemittierenden Mittel (42) eine Mehrzahl von Lichtquellen (34, 36, 38, 40) enthalten, die eine Mehrzahl von parallelen Lichtbündeln (88, 96, 100) erzeugen,
- b) die Lichtempfangsmittel (54) eine Mehrzahl von Detektoren (46, 48, 50, 52) enthalten, die von je einem der Lichtbündel (88, 96, 100) beaufschlagt sind, und
- c) das Muster (60, 62, 64, 66) mehrere Spuren enthält, die von je einem der Lichtbündel abtastbar sind, zur digitalen Darstellung der absoluten Position des Schlittens (80).
- a) the light-emitting means ( 42 ) contain a plurality of light sources ( 34 , 36 , 38 , 40 ) which generate a plurality of parallel light beams ( 88 , 96 , 100 ),
- b) the light receiving means ( 54 ) contain a plurality of detectors ( 46 , 48 , 50 , 52 ) which are each acted upon by one of the light beams ( 88 , 96 , 100 ), and
- c) the pattern ( 60 , 62 , 64 , 66 ) contains several tracks, each of which can be scanned by one of the light beams, for the digital representation of the absolute position of the carriage ( 80 ).
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| DE19883837134 DE3837134A1 (en) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | Contactless, digital linear transmitter |
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| DE19883837134 DE3837134A1 (en) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | Contactless, digital linear transmitter |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3837134C2 (en) | 1990-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: FERNSTEUERGERAETE KURT OELSCH GMBH, 1000 BERLIN, D |
|
| 8365 | Fully valid after opposition proceedings | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |