DE102005041859B4

DE102005041859B4 - Device for the exact positioning of optical components in beam paths

Info

Publication number: DE102005041859B4
Application number: DE200510041859
Authority: DE
Inventors: Heino Weigand; Frank Lümkemann; Alexander Kalies; Ralf Ebersbach
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2025-09-03
Also published as: DE102005041859A1

Abstract

Vorrichtung zum exakten positionieren optischer Bauteile in optischen Strahlengängen, bestehend aus einem Stellmotor, einer berührungslosen magnetischen Rastvorrichtung, einer Steuereinheit (7), Positionserkennungselementen und diversen optischen Bauteilen (4), die auf einem Revolver- oder Filterrad (2) angeordnet sind, wobei das Revolver- oder Filterrad (2) mit dem Stellmotor starr verbunden ist und sich um dessen Drehachse bewegt und bei dem als Stellmotor ein sensorgeführter, bürstenloser Außenläufer-Motor in Flachbauform verwendet wird.Device for the exact positioning of optical components in optical beam paths, consisting of a servomotor, a non-contact magnetic detent device, a control unit (7), position detection elements and various optical components (4) arranged on a turret or filter wheel (2), wherein the Turret or filter wheel (2) is rigidly connected to the servomotor and moves about the axis of rotation and in which is used as a servo motor, a sensor-guided, brushless external rotor motor in flat design.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit der optische Bauteile exakt in Strahlengänge positioniert werden können, wobei die Positionierung reproduzierbar ist und dadurch automatisch erfolgen kann.The present invention relates to a device with the optical components can be positioned exactly in beam paths, the positioning is reproducible and can be done automatically.

Zum Einschwenken oder Verstellen von Elementen in optischen Strahlengängen sind verschiedene motorische Verfahren bekannt. Eine Möglichkeit besteht in der Drehung eines Revolver- oder Filterrades.For pivoting or adjusting elements in optical beam paths, various motor methods are known. One possibility is the rotation of a turret or filter wheel.

Um die angefahrene Position im ausgeschalteten Zustand des Stellmotors exakt zu fixieren, ist ein Rastmechanismus erforderlich. Soll jederzeit eine exakte Positionserkennung möglich sein, muss die momentane Position durch einen absoluten Sensor erfasst werden.In order to fix the approached position exactly in the off state of the servomotor, a locking mechanism is required. If an exact position detection is to be possible at any time, the current position must be detected by an absolute sensor.

In der Regel sind mechanische Übertragungselemente vorhanden. Direktantriebe für eine größere Anzahl von Elementen sind nur als aufwendige Sonderlösungen bekannt, ebenso sind absolute Positionssensorelemente aufwendig. In der Gesamtheit der gewünschten Funktion sind die bekannten Lösungen aufwendig und kostenintensiv.As a rule, mechanical transmission elements are present. Direct drives for a larger number of elements are known only as complex special solutions, as are absolute position sensor elements consuming. In the totality of the desired function, the known solutions are expensive and expensive.

Nach dem Stand der Technik sind zahlreiche Lösungen zu motorisch bewegten Filterrädern oder Objektivrevolvern bekannt. Die DE 36 30 632 A1 beschreibt beispielsweise einen motorisch bewegten Objektivrevolver für Mikroskope. Der Objektivrevolver besitzt dabei eine Einrichtung zur Indexierung der Revolverstellung, die aus, einen digitalen Code bildenden Dauermagneten besteht. Zur Erkennung des Codes sind im feststehenden Teil des Revolvers Magnetfeld-Sensoren vorgesehen. Von einem Stellmotor wird der Objektivrevolver gedreht, bis die gewünschte Stellung, die durch den jeweiligen magnetischen Code lokalisiert wird, erreicht ist. Die Schaltstellungen des Revolvers werden von Raststellungen definiert. Beim Erreichen dieser Raststellungen werden federgelagerte Kugeln in dazu am Umfang des Revolvers vorhandene V-Nuten gedrückt und verhindern so ein Weiterdrehen.According to the prior art, numerous solutions to motorized filter wheels or nosepiece revolvers are known. The DE 36 30 632 A1 describes, for example, a motor-driven nosepiece for microscopes. The nosepiece has a device for indexing the revolver position, which consists of a digital code forming permanent magnet. To detect the code magnetic field sensors are provided in the fixed part of the revolver. A servomotor rotates the nosepiece until the desired position, which is localized by the respective magnetic code, is reached. The switching positions of the revolver are defined by detent positions. When these detent positions are reached, spring-loaded balls are pressed into V-grooves on the circumference of the revolver, thus preventing further rotation.

Eine weitere Lösung zu einem motorbetriebenen Farbrad und farbsequentiellen Anzeigegerät wird in der US 2002/0003704 A1 beschrieben. Bei dieser Lösung soll die Position des Farbrades auch bei hohen Drehzahlen genau erfasst werden. Die dazu verwendeten Hall-Sensoren liefern Impulssignale über magnetoelektrische Umwandlungseinrichtungen an die Steuereinheit. Die Hauptaufgabe ist bei derartigen Lösungen ist darin zu sehen, die Drehzahl des Motors in sehr kleinen Schritten variieren bzw. konstant halten zu können.Another solution to a motorized color wheel and color sequential display device is in the US 2002/0003704 A1 described. In this solution, the position of the color wheel is to be detected accurately even at high speeds. The Hall sensors used for this purpose deliver pulse signals to the control unit via magnetoelectric conversion devices. The main task in such solutions is to be able to vary the speed of the motor in very small steps or to keep constant.

Eine Lösung bei der die Aufgabe darin zu sehen ist, optionale Ziele sicher und schnell positionieren zu können, wird mit dem in der JP 5 281 457 A beschrieben, motorbetriebenes Schaltgerät vorgeschlagen. Die zu positionierenden Ziele sind auf einem Revolver angeordnet, der von einem Motor angetrieben wird. Um das jeweilige Ziel an der Referenzposition zu positionieren verfügt die Lösung über entsprechende Sensoren, die entsprechende Motor-Stoppsignale ausgeben. Eine elektronische Steuerschaltung liefert die für die Bewegung bzw. das Anhalten erforderlichen Steuerimpulse für den Motor. Dabei ist der Motor in der Lage, extrem kurze Bewegungsschritte auszuführen.A solution in which the task is to be able to position optional goals safely and quickly, with the in the JP 5 281 457 A described motor-driven switching device proposed. The targets to be positioned are mounted on a turret driven by a motor. In order to position the respective target at the reference position, the solution has corresponding sensors which output corresponding motor stop signals. An electronic control circuit provides the necessary for the movement or the stop control pulses for the motor. The engine is capable of extremely short movements.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zur Verfügung zu stellen, die bei vorzugsweiser Verwendung von Standardserienprodukten eine hohe Funktionalität aller Baugruppen bei einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion gewährleistet. Die Lösung soll dabei über keine mechanischen Übersetzungs- und/oder Kupplungselemente verfügen und einfach und sicher gesteuert werden können, wobei die einzelnen Raststellungen eindeutig sowie erkenn- und reproduzierbar sein sollen.The present invention has for its object to provide a solution that ensures the preferred use of standard series products high functionality of all modules in a simple and inexpensive construction. The solution is intended to have no mechanical translation and / or coupling elements and can be easily and safely controlled, the individual locking positions should be clear and recognizable and reproducible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention the object is solved by the features of the independent claims. Preferred developments and refinements are the subject of the dependent claims.

Die vorgeschlagene Vorrichtung zum exakten positionieren optischer Bauteile in optischen Strahlengängen besteht aus einem Stellmotor, einer berührungslosen magnetischen Rastvorrichtung, einer Steuereinheit, Positionserkennungselementen und diversen optischen Bauteilen, die auf einem Revolver- oder Filterrad angeordnet sind, wobei das Revolver- oder Filterrad mit dem Motor starr verbunden ist und sich um dessen Drehachse bewegt. Als Stellmotor wird ein sensorgeführter, bürstenloser Außenläufer-Motor mit dreiphasiger Statorwicklung in Flachbauform verwendet, der drei Positionssensoren (Hallsensoren) enthält.The proposed device for the exact positioning of optical components in optical beam paths consists of a servo motor, a non-contact magnetic locking device, a control unit, position detection elements and various optical components, which are arranged on a turret or filter wheel, wherein the turret or filter wheel with the motor rigid is connected and moves about its axis of rotation. As actuator a sensor-guided, brushless external rotor motor with three-phase stator winding in flat design is used, which contains three position sensors (Hall sensors).

Die vorgeschlagene Vorrichtung ist überall dort einsetzbar, wo Bauteile, die auf einer Art Revolver- oder Filterrad angeordnet sind, wahlweise exakt zu positionieren sind. Insbesondere ist die Vorrichtung zum exakten Positionieren optischer Bauteile in Strahlengängen vorgesehen, bei denen ”gedrängte” Platzverhältnisse herrschen.The proposed device can be used anywhere where components that are arranged on a kind of revolver or filter, are either exactly positioned. In particular, the device is provided for the exact positioning of optical components in beam paths in which "crowded" space conditions prevail.

Weiterhin ist die vorgeschlagene technische Lösung aber auch überall dort anwendbar, wo optische oder mechanische Elemente ohne mechanische Abnutzung der Führung oder des Antriebes spielfrei und genau in definierte, sich wiederholende Positionen zu bewegen bzw. zu positionieren sind.Furthermore, the proposed technical solution but also applicable wherever optical or mechanical elements without mechanical wear of the guide or the drive backlash and exactly in defined, repetitive positions to move or position.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dazu zeigen The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments. Show this

1: die erfindungsgemäße Vorrichtung in Zweifachausführung in zwei Seitenansichten, 1 : the device according to the invention in two versions in two side views,

2: in den zwei Schnittdarstellungen A-A und B-B und 2 in the two sectional views AA and BB and

3: das Ansteuerschema für einen Maxon-Flachmotor vom Typ EC32. 3 : the control scheme for a Maxon EC32 flat motor.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum exakten positionieren optischer Bauteile in optischen Strahlengängen besteht aus einem Stellmotor, einer berührungslosen magnetischen Rastvorrichtung, einer Steuereinheit, Positionserkennungselementen und diversen optischen Bauteilen, die auf einem Revolver- oder Filterrad angeordnet sind, wobei das Revolver- oder Filterrad mit dem Motor starr verbunden ist und sich um dessen Drehachse bewegt. Als Stellmotor wird ein sensorgeführter, bürstenloser Außenläufer-Motor in Flachbauform verwendet. Der sensorgeführte, bürstenlose Außenläufer-Motor in Flachbauform ist hierbei mit seiner Lagerung zentrales Halteelement.The inventive device for the exact positioning of optical components in optical beam paths consists of a servo motor, a non-contact magnetic locking device, a control unit, position detection elements and various optical components, which are arranged on a turret or filter wheel, the turret or filter wheel with the motor rigid is connected and moves about its axis of rotation. As a servomotor, a sensor-guided, brushless external rotor motor is used in flat design. The sensor-guided, brushless external rotor motor in flat design is here with its storage central holding element.

Die Raststellungen zur exakten Fixierung des Revolver- oder Filterrades werden durch ferritische Elemente realisiert, die über den Umfang gleichmäßig, massenausgleichend verteilt angeordnet sind, sowie über vier Permanentmagnete, welche in ihrer speziellen Anordnung die ferritischen Elemente magnetisch durchfluten. Die im Stellmotor vorhandenen Hallsensoren werden dabei als Positionserkennungselemente verwendet. Zusätzlich sind auf dem Umfang des Revolver- oder Filterrades zwei binär kodierte Spuren vorhanden, die von zwei Sensoren zur Unterscheidung der Viertelkreise detektiert werden. Als Sensoren werden hierbei optische Reflexkoppler verwendet.The locking positions for the exact fixation of the turret or filter wheel are realized by ferritic elements, which are distributed uniformly over the circumference, mass balancing, as well as four permanent magnets which magnetically flow through the ferritic elements in their special arrangement. The Hall sensors present in the servomotor are used as position detection elements. In addition, two binary coded tracks are present on the circumference of the revolver or filter wheel, which are detected by two sensors to distinguish the quarter circles. The sensors used here are optical reflex couplers.

Die im Stellmotor ursprünglich zu dessen Steuerung vorhandenen Hallsensoren werden in das Positionserkennungssystem einbezogen. Dazu ist es nötig, den normalen Ansteuermodus des Stellmotors zu verlassen. Die Steuerung des Stellmotors erfolgt über zusätzlich vorhandene Zeit- und/oder Zählglieder, in Verbindung mit den Positionserkennungselementen.The Hall sensors originally present in the servomotor to control them are included in the position detection system. For this it is necessary to leave the normal control mode of the servomotor. The control of the servo motor via additional available time and / or counting members, in conjunction with the position detection elements.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung kann die vorgeschlagene Vorrichtung zum exakten positionieren optischer Bauteile zwei- oder mehrfach im Strahlengang angeordnet sein. Dazu zeigen die 1 und 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Zweifachausführung in zwei Seitenansichten und zwei Schnittdarstellungen.In a first advantageous embodiment, the proposed device for the exact positioning of optical components can be arranged two or more times in the beam path. To show the 1 and 2 the device according to the invention in two versions in two side views and two sectional views.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Zweifachausführung ist die Antriebseinheit 1 des Stellmotors mit dem Revolver- oder Filterrad 2, auf dem diverse, in den Strahlengang 3 einzubringende optische Bauteile 4 angeordnet sind, fest verbunden.In the device according to the invention in two versions is the drive unit 1 of the servomotor with the turret or filter wheel 2 , on the diverse, in the beam path 3 to be introduced optical components 4 are arranged, firmly connected.

Zur exakten Fixierung in den jeweiligen Raststellungen verfügt zum einen das Revolver- oder Filterrad über ferritische Elemente 5, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. Zum anderen sind magnetische Elemente 6 an einem feststehenden Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhanden, die sich beim Erreichen einer Raststellung mit ferritische Elementen 5 des Revolver- oder Filterrades in Kraftwirkung befinden und das Revolver- oder Filterrad 2 exakt positionieren und halten. Als magnetische Elemente 6 werden vorzugsweise Permanentmagnete verwendet, die so angeordnet und orientiert sind, dass eine maximale Kraftwirkung erzielt wird. Die Steuerung des Stellmotors zur Einbringung der auf dem Revolver- oder Filterrad 2 angeordneten optischen Bauteile 4 in den Strahlengang 3 erfolgt durch die Steuereinheit 7.For exact fixation in the respective detent positions on the one hand has the turret or filter wheel on ferritic elements 5 which are arranged distributed over the circumference. On the other hand are magnetic elements 6 present on a fixed part of the device according to the invention, which when reaching a detent position with ferritic elements 5 the revolver or filter wheel are in force and the revolver or filter wheel 2 exactly position and hold. As magnetic elements 6 For example, permanent magnets are used which are arranged and oriented in such a way that a maximum force effect is achieved. The control of the servomotor for the introduction of the revolver or filter wheel 2 arranged optical components 4 in the beam path 3 done by the control unit 7 ,

Die Anzahl der Raststellungen ist hierbei von der Polzahl und den Statorwicklungen des Stellmotors abhängig, wobei mit 2 Pohlpaaren und einer dreiphasigen Statorwicklung standardmäßig 6 eindeutige, erkenn- und reproduzierbare Raststellungen erreicht werden können. Die Anzahl der Raststellungen kann durch Änderung des Bestromungsschemas von zwei auf drei Wicklungen und die damit bewirkte Einführung von Zwischenschritten verdoppelt werden, so dass mit 2 Pohlpaaren und einer dreiphasigen Statorwicklung 12 eindeutige, erkenn- und reproduzierbare Raststellungen erreicht werden.The number of locking positions is dependent on the number of poles and the stator windings of the servomotor, with 6 Pohlpaaren and a three-phase stator winding default 6 unique, recognizable and reproducible locking positions can be achieved. The number of locking positions can be doubled by changing the Bestromungsschemas of two to three windings and thus causing introduction of intermediate steps, so that with 2 Pohlpaaren and a three-phase stator winding 12 unique, recognizable and reproducible detent positions can be achieved.

Um die im Stellmotor vorhandenen Hallsensoren zur Positionserkennung zu nutzen, ist es erforderlich den normalen Ansteuermodus des Stellmotors zu verlassen. Einfache sensorgeführte, bürstenlose Motoren für Blockkommutierung benutzen die Positionssensoren dazu um 6 mal pro Zyklus (jeweils 60° elektrisch) ihre Wicklungen umzupolen. Dabei stehen funktionsbedingt die Umschaltpunkte der Sensoren immer genau im eingeschwungenen Zustand einer Bestromungsphase, so dass die Nutzung als statische Positionskontrolle nicht möglich ist. Deswegen werden die Raststellungen mittig zwischen den Umschaltpunkten der Sensoren angeordnet und es wird ein Bestromungsschema benutzt, das 12-mal pro Zyklus (alle 30° elektrisch) wechselt und quasi einen Zwischenschritt enthält. Dadurch sind im statischen Betrieb exakte Positionsangaben möglich. An jedem dieser Punkte kann nun eine Rast wirksam werden, um die eingestellte Position zu fixieren.To use the Hall sensors in the actuator for position detection, it is necessary to leave the normal control mode of the servomotor. Simple sensor-guided brushless motors for block commutation use the position sensors to reposition their windings 6 times per cycle (each 60 ° electrical). In this case, due to the function of the switching points of the sensors are always exactly in the steady state of a Bestromungsphase, so that the use as a static position control is not possible. Therefore, the detent positions are arranged centrally between the switching points of the sensors and it is used a Bestromungsschema that changes 12 times per cycle (every 30 ° electrical) and quasi contains an intermediate step. As a result, exact position information is possible in static operation. At each of these points, a rest can now be effective to fix the set position.

Da die magnetische Rast reibungsfrei arbeitet ist zum Verstellen nur ein kurzer Beschleunigungsimpuls (der natürlich auch die Rast überwindet) nötig und bei Erreichen der Position ein entsprechender Bremsimpuls. Der Beschleunigungs- und Bremsimpuls kann mit Zeit- oder Zählgliedern im Zusammenwirken mit den als Positionssensoren genutzten Hallsensoren gesteuert werden.Since the magnetic detent works frictionless is to adjust only a short acceleration impulse (of course, the rest overcomes) necessary and upon reaching the position a corresponding brake pulse. The acceleration and braking pulse can be controlled by time or counter elements in cooperation with the Hall sensors used as position sensors.

Bei richtiger Dimensionierung ist eine saubere Schrittbewegung von Raststellung zu Raststellung ohne störendes Einpendeln oder Nachpendeln (durch Kraftwirkung der Magnete) zu erreichen. Auf diese Weise sind 6 Rasten je Zyklus (alle 60° elektrisch) mit eindeutiger Positionserkennung möglich. Bei Motoren mit höherer Polzahl sind soviel mal mehr Rasten möglich wie Zyklen je Umdrehung. Für eine eindeutige Positionserkennung sind dann allerdings zusätzliche Sensoren nötig.With correct dimensioning is a clean step movement from rest position to rest position without disturbing settling or pendulum (by force of the magnets) to achieve. In this way, 6 notches per cycle (all 60 ° electrical) with clear position detection are possible. For motors with a higher number of poles, there are as many times as many clicks possible as there are cycles per revolution. However, additional sensors are required for a clear position detection.

In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Motor mit 8 Pohlpaaren verwendet, von dessen standardmäßig 24 Schritten nur 12 eindeutige, erkenn- und reproduzierbare Raststellungen verwendet werden.In a second advantageous embodiment, a motor with 8 Pohlpaaren is used, of which by default 24 steps only 12 unique, recognizable and reproducible detent positions are used.

Bei der praktischen Ausführung mit einem EC 32 Flachmotor der Firma „Maxon” ist das in 3 gezeigte Ansteuerschema erforderlich. Das Schema zeigt vom äußeren Kreis nach innen gelesen:

– den Drehwinkel,
– die Nummer der Rastposition,
– den Logikpegel der motorinternen Positionssensoren,
– die Ruhelagen, wenn alle 3 Wicklungen bestromt werden und Zwischenschritte erzeugt werden,
– die Ruhelagen, wenn nur 2 Wicklungen bestromt werden und nur die Standardschritte erzeugt werden und
– die zusätzliche Positionserkennung zur Unterscheidung der Viertelkreise.

In the practical execution with a EC 32 flat engine of the company "Maxon" is the in 3 required driving scheme required. The schema shows inward read from the outer circle:

The angle of rotation,
- the number of the rest position,
The logic level of the motor-internal position sensors,
- the rest positions, when all 3 windings are energized and intermediate steps are generated,
- the rest positions, if only 2 windings are energized and only the standard steps are generated and
- The additional position detection to distinguish the quarter circles.

Der verwendete Motor hat folgende Belegung: Pin 1 3.5...20 VDC Pin 2 Hall-Sensor RA Pin 3 Hall-Sensor RB Pin 4 Hall-Sensor RC Pin 5 Masse Pin 6 Motorwicklung W3 Pin 7 Motorwicklung W2 Pin 8 Motorwicklung W1 The motor used has the following assignment: Pin 1 3.5 ... 20 VDC Pin 2 Hall sensor RA Pin 3 Hall sensor RB Pin 4 Hall sensor RC Pin 5 Dimensions Pin 6 Motor winding W3 Pin 7 Motor winding W2 Pin 8 Motor winding W1

Pro Umdrehung werden hierbei vier elektrische Zyklen (jeweils innerhalb von 90° Drehwinkel) durchlaufen. Es wurde nur die Hälfte der möglichen Rasten von 24 ausgenutzt. Dementsprechend werden im Funktionsablauf die Zwischenzustände der Bestromung genutzt. Ein Wechsel zwischen den eindeutigen, erkenn- und reproduzierbaren Raststellungen erfolgt durch entsprechende Beschleunigungs- und Bremsimpulse.For each revolution, four electrical cycles (each within 90 ° rotation angle) are performed. It was only half of the possible rest of 24 exploited. Accordingly, the intermediate states of the current supply are used in the functional sequence. A change between the unique, recognizable and reproducible detent positions is effected by appropriate acceleration and braking pulses.

Um beispielsweise einen Schritt von Raststellung 1 nach 2 im Uhrzeigersinn auszuführen, wird der Stellmotor zuerst mit einen Startimpuls beschleunigt, der ein 15° vorauseilendes Magnetfeld erzeugt. Dazu werden alle 3 Wicklungen gemäß der Ruhelage bei 30° bestromt. Wenn die motorinternen Positionssensoren umschalten, d. h. der graue Bereich der Raststellung 1 wird verlassen, wird die Bestromung abgeschaltet. Der Stellmotor dreht sich auf Grund der Massenträgheit weiter, bis die Positionssensoren erneut umschalten, d. h. wenn der graue Bereich der Raststellung 2 erreicht ist. Im Umschaltmoment der Sensoren werden die Wicklungen wieder gemäß der Ruhelage bei 30° bestromt und der Motor wird abgebremst.For example, to perform a step from detent position 1 to 2 in a clockwise direction, the servomotor is first accelerated with a start pulse that generates a 15 ° leading magnetic field. For this purpose, all 3 windings are energized according to the rest position at 30 °. If the motor-internal position sensors switch, d. H. the gray area of the detent position 1 is left, the energization is switched off. The actuator continues to rotate due to inertia until the position sensors switch again, d. H. when the gray area of the locking position 2 is reached. In the switching moment of the sensors, the windings are again energized according to the rest position at 30 ° and the engine is braked.

Von der Steuereinheit wird die Bestromungsdauer beim Start erfasst um die Dauer der Bremsphase entsprechend festzulegen. Zusammen mit einer genauen Justierung der Raststellung in der Mitte der Sensor-Umschaltpunkte ergibt sich ein minimiertes Nachpendeln in der Raststellung 2. Reibungsverluste können durch etwas erhöhten Startstrom ausgeglichen werden. Durch Erhöhung des Stromes bei Start- und Bremsimpuls soweit es die Motorspezifikation erlaubt, wird das erzeugte Drehmoment vergrößert, die Reibungsverluste haben weniger Einfluss und die Schrittdauer wird verkürzt.From the control unit, the energization time is detected at start to determine the duration of the braking phase accordingly. Together with a precise adjustment of the detent position in the middle of the sensor switching points results in a minimized Nachpendeln in the detent position 2. Frictional losses can be compensated by slightly increased starting current. By increasing the current at start and brake pulse as far as the motor specification allows, the generated torque is increased, the friction losses have less influence and the step time is shortened.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verfügt die Vorrichtung zum exakten positionieren optischer Bauteile in optischen Strahlengängen über ortsfest angeordnete Prüfeinheit, die die optischen Parameter der auf dem Revolver- oder Filterrad angeordneten optischen Bauteile überprüft.In a further advantageous embodiment, the device for exact positioning of optical components in optical beam paths via stationarily arranged test unit, which checks the optical parameters of the arranged on the turret or filter wheel optical components.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, die bei Verwendung von Standardserienprodukten eine hohe Funktionalität aller Baugruppen sowie hohe Langzeitstabilität bei einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion gewährleistet.With the arrangement according to the invention, a solution is provided which, when using standard series products, ensures a high functionality of all assemblies as well as high long-term stability with a simple and inexpensive construction.

Die verwendeten elektronisch kommutierten EC-Flachmotoren der Firma „Maxon” zeichnen sich speziell durch ein günstiges Drehmomentverhalten, hohe Leistung, einen extrem großen Drehzahlbereich und durch eine hohe Lebensdauer aus. Die kompakten und äußerst leistungsstarken und als Außenläufer konzipierten Motoren ermöglichen den Einsatz bei ”gedrängten” Platzverhältnissen, decken einen Leistungsbereich bis 90 Watt ab und laufen sehr leise.The electronically commutated EC flat motors of the company "Maxon" are characterized by a favorable torque behavior, high performance, an extremely large speed range and a long service life. The compact and extremely powerful and designed as external rotor motors allow use in "crowded" space, cover a power range up to 90 watts and run very quietly.

Claims

Vorrichtung zum exakten positionieren optischer Bauteile in optischen Strahlengängen, bestehend aus einem Stellmotor, einer berührungslosen magnetischen Rastvorrichtung, einer Steuereinheit (7), Positionserkennungselementen und diversen optischen Bauteilen (4), die auf einem Revolver- oder Filterrad (2) angeordnet sind, wobei das Revolver- oder Filterrad (2) mit dem Stellmotor starr verbunden ist und sich um dessen Drehachse bewegt und bei dem als Stellmotor ein sensorgeführter, bürstenloser Außenläufer-Motor in Flachbauform verwendet wird.Device for the exact positioning of optical components in optical beam paths, consisting of a servomotor, a non-contact magnetic detent device, a control unit ( 7 ), Position recognition elements and various optical components ( 4 ) mounted on a turret or filter wheel ( 2 ), wherein the turret or filter wheel ( 2 ) Is rigidly connected to the servo motor and moves about its axis of rotation and in which a sensor-guided, brushless external rotor motor in flat design is used as a servomotor.

Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die berührungslose magnetische Rastvorrichtung aus ferritischen Elementen (5), die über den Umfang des Revolver- oder Filterrades (2) gleichmäßig verteilt angeordnet sind, sowie magnetische Elemente (6) besteht, welche in den Raststellungen die ferritischen Elemente (5) magnetisch durchfluten.Device according to Claim 1, in which the non-contact magnetic detent device consists of ferritic elements ( 5 ), which extend beyond the circumference of the turret or filter wheel ( 2 ) are evenly distributed, and magnetic elements ( 6 ), which in the detent positions the ferritic elements ( 5 ) permeate magnetically.

Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, bei der im Stellmotor vorhandene Hallsensoren als Positionserkennungselemente verwendet werden.Device according to claim 1 and 2, in which Hall sensors present in the servomotor are used as position detection elements.

Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der zur Unterscheidung der Viertelkreise zusätzliche Sensoren und binär kodierte Spuren auf dem Revolver- oder Filterrad (2) vorhanden sind.Device according to at least one of the preceding claims, in which additional sensors and binary coded tracks on the turret or filter wheel are used to distinguish the quadrant circuits ( 2 ) available.

Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die Steuerung des Stellmotors über zusätzlich vorhandene Zeit- und/oder Zählglieder, in Verbindung mit den Positionserkennungselementen und zusätzlichen Sensoren erfolgt.Device according to at least one of the preceding claims, wherein the control of the servomotor via additionally present time and / or counting members, in conjunction with the position detection elements and additional sensors.

Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die Anzahl der Raststellungen von der Polzahl und den Statorwicklungen des Stellmotors abhängig ist, wobei mit 2 Pohlpaaren und dreiphasiger Statorwicklung standardmäßig 6 eindeutige, erkenn- und reproduzierbare Raststellungen erreicht werden können.Device according to at least one of the preceding claims, wherein the number of locking positions of the number of poles and the stator windings of the servomotor is dependent, with 2 Pohlpaaren and three-phase stator winding standard 6 unique, recognizable and reproducible locking positions can be achieved.

Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der die Anzahl der Raststellungen durch Änderung des Bestromungsschemas von zwei auf drei Statorwicklungen und damit bewirkter Einführung von Zwischenschritten verdoppelt werden kann, so dass mit 2 Pohlpaaren und dreiphasiger Statorwicklung 12 eindeutige, erkenn- und reproduzierbare Raststellungen erreicht werden.Device according to at least one of the preceding claims, wherein the number of locking positions can be doubled by changing the Bestromungsschemas of two on three stator windings and thus induced introduction of intermediate steps, so that achieved with 2 Pohlpaaren and three-phase stator winding 12 unique, recognizable and reproducible detent positions become.

Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der ein Motor mit 8 Pohlpaaren und dreiphasiger Statorwicklung verwendet wird, von dessen standardmäßig 24 Schritten nur 12 eindeutige, erkenn- und reproduzierbare Raststellungen verwendet werden.Device according to at least one of the preceding claims, wherein a motor with 8 Pohlpaaren and three-phase stator winding is used, of which by default 24 steps only 12 unique, recognizable and reproducible detent positions are used.

Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der ein Wechsel zwischen den eindeutigen, erkenn- und reproduzierbaren Raststellungen durch entsprechende Beschleunigungs- und Bremsimpulse erfolgt.Device according to at least one of the preceding claims, wherein a change between the unique, recognizable and reproducible locking positions by appropriate acceleration and braking pulses.

Vorrichtung nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bei der ortsfest eine Prüfeinheit angeordnet ist, die die optischen Parameter der auf dem Revolver- oder Filterrad (2) angeordneten optischen Bauteile (4) überprüft.Device according to at least one of the preceding claims, in which a stationary test unit is arranged, which determines the optical parameters of the revolver or filter wheel ( 2 ) arranged optical components ( 4 ) checked.