DE10233152A1 - Rotation angle sensor has an angle disk that rotates with a shaft and has a coded information track that can be read by a stationary read head, said track comprising digital coding and being formed using mechanical molding - Google Patents

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Abstract

Rotation angle sensor (1) has an angle disk (2) mounted on a rotating shaft (5), said disk having a circular information track (8), the data of which are recorded using a stationary read head (9) that is arranged above the information track and which are transferred to evaluation electronics (10) for further processing. The angle disk comprises a structured base carrier, in which the angular information is formed in the surface using a mechanical molding process.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Drehwinkelmessung. Derartige Sensoren werden regelmäßig in der Fabrikautomation, Instrumentierung oder Prozeßkontrolle für die Steuerungen von Stellantrieben, die automatische Ablesung mechanischer Anzeigegeräte, zur Bestimmung der Wellenposition von Maschinen sowie für Regelungen im Robotik-Bereich eingesetzt.The invention relates to a sensor for measuring the angle of rotation. Such sensors are used regularly in the Factory automation, instrumentation or process control for the controls of actuators, the automatic reading of mechanical display devices, for Determination of the shaft position of machines and for controls used in the robotics area.

Derartige Drehwinkelsensoren sind in unterschiedlichen Ausführungen, Meßbereichen, Auflösungen und Genauigkeiten, sowohl als Absolut- als auch als Inkrementalgeber bekannt.Such rotation angle sensors are in different versions, measuring ranges, resolutions and accuracy, both as an absolute and an incremental encoder known.

In Abhängigkeit vom Anwendungsbereich werden unterschiedliche Prinzipien der Drehwinkelmessung eingesetzt. Ein bekanntes analoges Verfahren ist beispielsweise die Resolver-Methode, bei der das von einem magnetischen Dipol oder einem mehrpoligen, wechselstromerregten Rotor erzeugte Magnetfeld von zwei orthogonal angeordneten Magnetfeldsensoren oder Statorwicklungen nach der Sinus-Kosinus-Methode ausgewertet wird. Andere analoge Verfahren verwenden kapazitive oder potentiometrische Prinzipien.Depending on the area of application different principles of angle measurement are used. On a known analogous method is, for example, the resolver method, where that is from a magnetic dipole or a multipole, AC excited rotor generated magnetic field of two orthogonal arranged magnetic field sensors or stator windings evaluated according to the sine-cosine method becomes. Other analog methods use capacitive or potentiometric Principles.

Nach analogen Verfahren arbeitende Drehwinkelsensoren sind regelmäßig von einfachem Aufbau und robust und damit unempfindlich gegenüber industriellen Umgebungseinflüssen wie Verschmutzungen oder Temperaturänderung. Nachteilig ist jedoch deren begrenzte Meßgenauigkeit. Soweit überhaupt eine ausreichend hohe Genauigkeit erreichbar ist, erfordert diese einen aufwendigen Abgleich und/oder manuelle Justage. Darüber hinaus ist der Meßbereich regelmäßig auf weniger als den Vollkreis eingeschränkt.Working according to analog procedures Angle of rotation sensors are regularly from simple construction and robust and therefore insensitive to industrial environmental influences such as contamination or temperature change. However, it is disadvantageous their limited measurement accuracy. So far at all a sufficiently high level of accuracy is required a complex adjustment and / or manual adjustment. Furthermore is the measuring range up regularly less than the full circle.

Bekannte digitale Sensoren weisen üblicherweise eine auf einer Achse befestigte, drehbare Kodescheibe auf, auf der die Winkelinformation längs des Umfangs in radial angeordneten Bitmustern, die typischerweise dem Gray-Kode folgen, oder im Fall der Inkrementalgeber als radiales Streifenmuster kodiert ist. Die Winkelinformation wird stellungsabhängig von einem feststehenden, optischen Lesekopf, der aus einer Anordnung von mehreren Sensoren bestehen kann, gelesen, und von einer Elektronik in ein winkelproportionales, digitales oder analoges Ausgangssignal umgewandelt. Zur Erzielung einer hohen mechanischen Genauigkeit werden die Winkelscheiben aus Glas oder einem formbeständigen, transparenten Kunststoff hergestellt. Als Informationsträger wird eine auf die Oberfläche aufgebrachte, intransparente Schicht verwendet, die entweder lithographisch, durch Belichten und Entwickeln einer Photolackschicht und anschließendes chemisches Ätzen, strukturiert oder aufgedruckt wird. Die Information wird unter Verwendung gebündelten, sichtbaren oder infraroten Lichtes in Transmission gelesen.Known digital sensors usually have a rotatable code disk attached to an axis, on which the angle information along the Circumference in radially arranged bit patterns, typically the Gray code follow, or in the case of incremental encoders as radial Stripe pattern is encoded. The angle information is dependent on the position of a fixed, optical reading head that consists of an arrangement can consist of several sensors, read, and electronics into an angle-proportional, digital or analog output signal converted. To achieve high mechanical accuracy the angle plates are made of glass or a dimensionally stable, transparent Made of plastic. An opaque surface that is applied to the surface becomes the information carrier Layer used, either lithographically, by exposure and developing a photoresist layer and subsequent chemical etching, structured or printed on. The information is bundled using visible or infrared light read in transmission.

Mit digitalen Sensoren sind hohe Meßgenauigkeiten erreichbar. Nachteiligerweise ist jedoch die Herstellung der Kode- und Teilerscheiben sehr aufwendig und für eine Massenfertigung wenig geeignet. Glasscheiben haben darüber hinaus den Nachteil, daß sie empfindlich gegenüber starken Erschütterungen, und aufgrund ihrer großen Wärmekapazität auch gegen Betauung sind.With digital sensors are high accuracies reachable. The disadvantage, however, is the production of the code and dividing disks very complex and little for mass production suitable. Glass panes have over it addition, the disadvantage that they sensitive to strong shocks, and because of their great Heat capacity also against Are condensation.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehwinkelsensor anzugeben, der die hohe Genauigkeit digitaler Drehwinkelsensoren aufweist, für eine digitale Signalverarbeitung geeignet ist und gleichzeitig eine preiswerte Massenfertigung des Informationsträgers erlaubt.The invention is therefore the object based on specifying a rotation angle sensor that the high accuracy Digital rotation angle sensors for digital signal processing is suitable and at the same time allows inexpensive mass production of the information carrier.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.According to the invention this task with the Means of claim 1 solved. Advantageous configurations of the invention are in the related claims specified.

Die Erfindung geht aus von einem Drehwinkelsensor, der über eine drehbare Welle mit einer externen Vorrichtung verbunden ist, deren Winkelposition bestimmt werden soll. Das Sensorgehäuse ist fest montiert. Kernstück des Drehwinkelsensors ist eine kreisrunde Winkelscheibe, die über ein zentrisch angeordnetes Mittenloch mit einer an der Welle befindlichen Aufnahme verbunden ist. Die Winkelscheibe ist in der Nähe ihres Außenrandes mit einer kreisförmigen Informationsspur versehen, deren Daten von einem über der Scheibenoberfläche angeordneten, stationären Lesekopf aufgenommen und zur Weiterverarbeitung an eine Auswerteelektronik übergeben werden. Die Elektronik erzeugt eines oder mehrere Ausgangssignale, die an externe Anzeige- oder Auswertegeräte übermittelt werden können.The invention is based on one Angle of rotation sensor that over a rotatable shaft is connected to an external device, whose angular position is to be determined. The sensor housing is fixed assembled. core The rotation angle sensor is a circular angle disk, which over a Centrally arranged center hole with one on the shaft Recording is connected. The angle washer is close to hers outer edge with a circular Provide information track, the data of one over the disk surface arranged, stationary Read head picked up and transferred to evaluation electronics for further processing become. The electronics generate one or more output signals, that can be transmitted to external display or evaluation devices.

Erfindungsgemäß besteht die zur Winkelbestimmung verwendete Winkelscheibe aus einem mittels einer Form strukturierten Trägermaterial, in das die enthaltene Winkelinformation über einen mechanischen Abformprozeß als Oberflächenprofil eingeprägt ist.According to the invention, there is the angle determination used angle disc from a structured by means of a shape Support material in which the included angle information about a mechanical molding process as a surface profile imprinted is.

Dazu werden unter Rückgriff auf für sich bekannte Verfahren zur Herstellung von Compact Disks über lithographische, chemische und galvanische Prozesse zunächst sogenannte Masterscheiben hergestellt, mit deren Hilfe schließlich die Werkzeuge zur Herstellung der Winkelscheibe gefertigt werden. Die Masterscheiben bestehen dabei üblicherweise aus Glas oder Metall. Mittels eines mechanischen Abformprozesses werden anschließend die Winkelscheiben aus Rohformen oder Gußmassen gemäß dem Muster der Masterscheibe hergestellt. Vorteilhafterweise erlaubt dieses Verfahren, hochauflösende Winkelscheiben für Drehwinkelsensoren schnell, preisgünstig und in hohen Stückzahlen herzustellen.To do this, use recourse on for known processes for the production of compact disks via lithographic, chemical and galvanic processes initially so-called master discs manufactured, with the help of which finally the tools for manufacturing the angle washer are manufactured. The master discs exist usually made of glass or metal. By means of a mechanical impression process are then the angular disks from raw forms or casting masses according to the pattern of the master disk manufactured. This method advantageously allows high-resolution angle disks for angle sensors fast, inexpensive and in large numbers manufacture.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:More details and advantages The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. The necessary drawings show:

1 eine Prinzipdarstellung des Aufbaus eines Drehwinkelsensors 1 a schematic diagram of the structure of a rotation angle sensor

2 eine Darstellung einer Winkelscheibe für
a) einen Absolutgeber und
b) einen Inkrementalgeber 2 a representation of an angle plate for
a) an absolute encoder and
b) an incremental encoder

3 eine Darstellung einer Winkelkodierung im Gray-Kode
a) mit getrennten Spuren und
b) mit randlos benachbarten Spuren 3 a representation of an angular coding in the Gray code
a) with separate tracks and
b) with borderless adjacent tracks

4 eine Darstellung einer Winkelkodierung in Bitgruppen 4 a representation of an angular coding in bit groups

5 eine Darstellung einer Pulsbreitenkodierung mit flankensensitiver Auswertung 5 a representation of a pulse width coding with edge-sensitive evaluation

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Drehwinkelsensors 1 dargestellt. Der Drehwinkelsensors 1 ist über eine drehbare Welle 5 mit einer nicht dargestellten, externen Einrichtung verbunden, deren Winkelposition bestimmt werden soll. Der Drehwinkelsensor 1 weist ein Sensorgehäuse 7 auf, das bezüglich der externen Einrichtung feststehend angeordnet ist. Zur Messung der Winkelposition ist der Drehwinkelsensor 1 mit einer kreisrunden Winkelscheibe 2 mit einer Zentralöffnung 3 ausgestattet. Die Zentralöffnung 3 ist mit einer an der Welle 5 befindlichen Aufnahme 4 verbunden.In 1 is the basic structure of a rotation angle sensor 1 shown. The rotation angle sensor 1 is about a rotatable shaft 5 connected to an external device, not shown, whose angular position is to be determined. The rotation angle sensor 1 has a sensor housing 7 on, which is fixed with respect to the external device. The angle of rotation sensor is used to measure the angular position 1 with a circular angle disc 2 with a central opening 3 fitted. The central opening 3 is with one on the shaft 5 recording 4 connected.

Die Winkelscheibe 2 trägt in der Nähe ihres Außenrandes mindestens eine kreisförmige Datenspur 8, deren Daten von einem über der Scheibenoberfläche angeordneten, stationären Lesekopf 9 abgetastet und zur Weiterverarbeitung an eine Auswerteelektronik 10 übergeben werden. Die Auswerteelektronik 10 erzeugt eines oder mehrere Ausgangssignale, die über ein Anschlußkabel 11 an nicht dargestellte, externe Anzeige- und/oder Auswerteeinrichtungen übermittelbar sind.The angle washer 2 carries at least one circular data track near its outer edge 8th , whose data from a stationary read head arranged above the disc surface 9 scanned and for further processing to an evaluation electronics 10 be handed over. The evaluation electronics 10 generates one or more output signals via a connection cable 11 can be transmitted to external display and / or evaluation devices, not shown.

Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in 2a eine Winkelscheibe 2 für einen Absolutgeber und in 2b eine Winkelscheibe 2 für einen Inkrementalgeber sowie jeweils eine vergrößerte Schnittdarstellung gezeigt. Erfindungsgemäß besteht die zur Winkelbestimmung verwendete Winkelscheibe 2 gebertypunabhängig aus einem mittels einer Form strukturierten Grundträger 12. Dabei ist eine abtastbare Winkelinformation der Datenspur 8 als Oberflächenprofil über einen mechanischen Abformprozeß in die dem Lesekopf 9 abgewandte Oberfläche des Grundträgers 12 eingeformt.Using the same reference numerals for the same means is in 2a an angle washer 2 for an absolute encoder and in 2 B an angle washer 2 shown for an incremental encoder and an enlarged sectional view. According to the invention there is the angle disk used for determining the angle 2 Independent of the encoder type, from a basic carrier structured by means of a shape 12 , Here is a scannable angle information of the data track 8th as a surface profile via a mechanical molding process in the reading head 9 facing surface of the base support 12 formed.

Dazu werden über lithographische, chemische und galvanische Prozesse zunächst sogenannte Masterscheiben hergestellt, mit deren Hilfe schließlich die Werkzeuge zur Herstellung der Winkelscheibe gefertigt werden. Die Masterscheiben bestehen dabei üblicherweise aus Glas oder Metall. Mittels eines mechanischen Abformprozesses werden anschließend die Winkelscheiben aus Rohformen oder Gußmassen gemäß dem Muster der Masterscheibe hergestellt.For this purpose, lithographic, chemical and galvanic processes first so-called master discs are produced, with the help of which the Tools for the production of the angle disc are manufactured. The Master discs usually exist made of glass or metal. By means of a mechanical impression process are then the angular disks from raw forms or casting masses according to the pattern of the master disk manufactured.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, einen aus thermoplastischen Substrat bestehenden Rohling durch Heißpressen zu einem Grundträger 12 zu prägen. Alternativ kann vorgesehen sein, einen Grundträger 12 durch Spritzgießen zu urformen. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, einen Grundträger 12 durch Vergießen eines mehrkomponentigen Harzes über eine Masterscheibe zu erzeugen.In a preferred embodiment, it is provided that a blank consisting of thermoplastic substrate is hot-pressed to form a basic carrier 12 to shape. Alternatively, a base support can be provided 12 to be shaped by injection molding. In addition, a basic carrier can be provided 12 by pouring a multi-component resin over a master disc.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Substrat des Grundträgers 12 ein Faserwerkstoff beigemengt. Alternativ kann vorgesehen sein, dem Substrat des Grundträgers 12 einen Kunststoff geringer Wärmeausdehnung beizumengen. Vorteilhafterweise wird dadurch die Form- und Temperaturstabilität der Winkelscheibe 2 erhöht.In a further embodiment of the invention, the substrate of the base support 12 added a fiber material. Alternatively, the substrate of the base carrier can be provided 12 add a plastic with low thermal expansion. Advantageously, the shape and temperature stability of the angle disc 2 elevated.

Die strukturierte Oberfläche des Grundträgers 12 ist mit einer Markierungsschicht 13 überzogen. Die Markierungsschicht 13 ist durch eine Schutzschicht 14 abgedeckt. Optional kann vorgesehen sein, die Schutzschicht 14 mit einer Stützschicht 15 zur mechanischen Stabilisierung zu überziehen.The structured surface of the basic carrier 12 is with a marking layer 13 overdrawn. The marking layer 13 is through a protective layer 14 covered. The protective layer can optionally be provided 14 with a support layer 15 for mechanical stabilization.

Die Datenspur 8 besteht aus einem Muster aufeinanderfolgender Erhebungen 16 und Vertiefungen 17. Die Datenspur 8 des Absolutgebers besteht gemäß 2a aus einem Muster mehrerer, konzentrisch angeordneter Zeichenspuren. Jede Zeichenspur ist durch aufeinanderfolgende Erhebungen 16 und Vertiefungen 17 gemäß der vergrößerten Darstellung des Teilschnittes A-A' gebildet. Die Winkelposition ist durch die radiale Folge von Erhebungen 16 und Vertiefungen 17 benachbarter Zeichenspuren kodiert.The data track 8th consists of a pattern of successive surveys 16 and recesses 17 , The data track 8th according to the absolute encoder 2a from a pattern of several concentrically arranged traces of drawing. Each tracing is through successive surveys 16 and recesses 17 formed according to the enlarged view of the partial section AA '. The angular position is due to the radial sequence of elevations 16 and recesses 17 encoded adjacent character traces.

Die Datenspur 8 des Inkrementalgebers besteht gemäß 2b aus einem Muster radial angeordneter Teilstriche, die gemäß der vergrößerten Darstellung des Teilschnittes B-B' durch aufeinanderfolgende Erhebungen 16 und Vertiefungen 17 gebildet sind und mittels derer während der Drehung der Winkelscheibe 2 Zählimpulse abgeleitet werden.The data track 8th according to the incremental encoder 2 B from a pattern of radially arranged graduation marks, which according to the enlarged representation of the partial section BB 'by successive surveys 16 and recesses 17 are formed and by means of which during the rotation of the angle disc 2 Counts are derived.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Drehwinkelsensor 1 mit einem optischen Lesekopf 9 ausgestattet. Der Grundträger 12 ist zumindest im Arbeitswellenlängenbereich des Lesekopfes 9 optisch transparent. Die Markierungsschicht 13 ist optisch reflektierend ausgebildet. Vorteilhafterweise wird dadurch der Auslesekontrast bei der Bestimmung der Winkelposition erhöht. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist eine metallische Markierungsschicht 13 vorgesehen. Dabei ist Aluminium besonders geeignet, das durch für sich bekannte Verfahren wie Sputtern, Aufdampfen oder chemische Abscheidung auftragbar ist.In a preferred embodiment of the invention, the rotation angle sensor 1 with an optical reading head 9 fitted. The basic carrier 12 is at least in the working wavelength range of the read head 9 optically transparent. The marking layer 13 is optically reflective. This advantageously increases the readout contrast when determining the angular position. In a special embodiment of the invention is a metallic marking layer 13 intended. Aluminum, which can be applied by methods known per se, such as sputtering, vapor deposition or chemical deposition, is particularly suitable.

In vorteilhafter Ausgestaltung dieser Ausführungsform weist die Eingangsoptik des Lesekopfes 9 einen großen Aperturwinkel auf. Bei Fokussierung auf die Markierungsschicht 13 wird dadurch der Einfluß von Verschmutzungen auf der dem Lesekopf 9 zugewandten Oberfläche der Winkelscheibe 2 gering gehalten.In an advantageous embodiment of this embodiment, the input optics of the reading head 9 a large aperture angle. When focusing on the marking layer 13 the influence of dirt on the reading head 9 facing surface of the angle disc 2 kept low.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundträger 12 elektrisch isolierend ist und dass die Markierungsschicht 13 elektrisch leitfähig ist. Der induktive Lesekopf 9 ist mit einer Spule zur Erzeugung und Messung von Wirbelströmen ausgestattet.In a second embodiment of the invention it is provided that the base carrier 12 is electrically insulating and that the marking layer 13 is electrically conductive. The inductive read head 9 is equipped with a coil for generating and measuring eddy currents.

In einer dritten Ausführungsform tastet der Lesekopf 9 die Höhenmodulation der elektrisch leitenden Markierungsschicht mittels eines kapazitiven Verfahrens ab.In a third embodiment, the read head probes 9 the height modulation of the electrically conductive marking layer by means of a capacitive method.

In einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist der Grundträger 12 unmagnetisch und die Markierungsschicht 13 magnetisch permeabel. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Markierungsschicht 13 permanentmagnetisch ist. Der Lesekopf 9 ist mit einem Magnetfeld-Sensor ausgestattet.In a fourth embodiment of the invention is the basic carrier 12 non-magnetic and the marking layer 13 magnetically permeable. In particular, it can be provided that the marking layer 13 is permanently magnetic. The read head 9 is equipped with a magnetic field sensor.

Unabhängig von der Ausführungsform wird bei der Winkelmessung die Höhenmodulation der Markierungsschicht 13 durch einen geeigneten stationären Lesekopf 9 von einer der beiden Scheibenflächen aus als Abstandsänderung registriert. Beim Inkrementalgeber genügt dazu ein ausschließlich dynamisches Verfahren, das die zeitliche Änderung während der Drehung der Welle 5 registriert, wobei entsprechende Impulse generiert werden.Regardless of the embodiment, the height modulation of the marking layer is used for the angle measurement 13 with a suitable stationary reading head 9 registered as a change in distance from one of the two disk surfaces. In the case of the incremental encoder, an exclusively dynamic method is sufficient for this, the change over time during the rotation of the shaft 5 registered, with corresponding pulses being generated.

Beim Absolutgeber wird die absolute Winkelposition auch bei stehender Welle gelesen. Dazu wird der laterale Kontrast des Musters der konzentrisch angeordneten Zeichenspuren auswertet.With the absolute encoder, the absolute Read the angular position even when the shaft is stationary. For this the lateral Contrast of the pattern of the concentrically arranged drawing tracks evaluates.

In 3a ist ein Ausschnitt einer absoluten Winkelkodierung im Gray-Kode mit getrennten Spuren und in 3b mit randlos benachbarten Spuren entsprechend Detail "1" in 2a dargestellt, wobei der Spurverlauf begradigt dargestellt ist. Auf konzentrischen Zeichenspuren sind Bitmuster basierend auf einer ganzzahligen Zweierpotenz aufgetragen. Dabei kann vorgesehen sein, dass jede logische "1" des Gray-Kodes als Erhebung 18 und jede logische "0" des Gray-Kodes als Vertiefung 19 in die Oberfläche der Winkelscheibe 2 eingeformt ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass jede logische "0" des Gray-Kodes als Erhebung 18 und jede logische "1" des Gray-Kodes als Vertiefung 19 in die Oberfläche der Winkelscheibe 2 eingeformt ist. Vorteilhafterweise ist dabei der Lesefehler bei Zwischenstellungen der Winkelscheibe 2 auf ein Bit begrenzt.In 3a is a section of an absolute angle coding in the Gray code with separate tracks and in 3b with borderless adjacent tracks corresponding to detail "1" in 2a shown, the track is shown straightened. Bit patterns based on an integer power of two are plotted on concentric traces. It can be provided that each logical "1" of the Gray code as a survey 18 and each logical "0" of the Gray code as a depression 19 into the surface of the angle disc 2 is molded. Alternatively, it can be provided that each logical "0" of the Gray code as a survey 18 and each logical "1" of the Gray code as a depression 19 into the surface of the angle disc 2 is molded. The reading error in the intermediate positions of the angle disk is advantageous 2 limited to one bit.

In 4 ist ein Ausschnitt einer absoluten Winkelkodierung entsprechend Detail "11" in 2a dargestellt. In dieser weiteren Ausführungsform der Winkelscheibe 2 eines Absolutgebers ist vorgesehen, den Drehwinkel durch entlang des Umfangs platzierte, voneinander isolierte, in Form eines Rechtecks angeordnete Bitgruppen von Erhebungen 18 und Vertiefungen 19 gemäß der Darstellung in 4 zu kodieren. Dabei kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Erhebungen 18 und Vertiefungen 19 sich an den Ecken schneidende Seitenbegrenzungen aufweisen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Erhebungen 18 und Vertiefungen 19 oval geformt sind.In 4 is a section of an absolute angle coding according to detail "11" in 2a shown. In this further embodiment, the angle disk 2 An absolute encoder provides for the angle of rotation by means of bit groups of bumps placed along the circumference and isolated from one another and arranged in the form of a rectangle 18 and recesses 19 as shown in 4 to encode. It can be provided that the individual surveys 18 and recesses 19 have intersecting side boundaries at the corners. Alternatively, it can be provided that the individual surveys 18 and recesses 19 are oval shaped.

Unabhängig davon, ob beim Absolutgeber ein Graykode oder ein anderer Schlüssel zur Aufzeichnung der Winkelinformation verwendet wird, kann diese Aufzeichnung sowohl, wie vorstehend beschrieben, als auch flankenkodiert erfolgen. Bei Flankenkodierung wird eine Binärziffer durch den räumlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Flanken dargestellt. Dieser erscheint bei einem abtastenden Ausleseverfahren als Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen im Ausgangssignal. Eine flankensensitive Auswertung hat in Verbindung mit einer geeigneten Filterung des Ausgangssignals den Vorteil, dass eine höhere Empfindlichkeit und dadurch ein höheres Signal-zu-Rauschverhältnis erzielt wird. Eine flankensensitive Auswertung kann mit jedem der zuvor beschriebenen Lesekopftypen kombiniert werden.Regardless of whether the absolute encoder Gray code or another key used to record the angle information, it can Recording both as described above and edge-coded respectively. In the case of edge coding, a binary digit is replaced by the spatial Distance between two successive edges shown. This appears as a time interval for a scanning reading process between successive pulses in the output signal. A flank sensitive Evaluation in connection with a suitable filtering of the Output signal the advantage of higher sensitivity and thereby a higher one Signal-to-noise ratio is achieved. An edge-sensitive evaluation can be done with any of the previously described read head types can be combined.

Dazu sind in 5 ein Höhenprofil der Markierungsschicht 13 und der zugehörige Impulszug 21 eines flankensensitiven Lesekopfes für eine pulsbreitenkodierte Winkelinformation gezeigt. Innerhalb eines Bitrasters 20 sind die Wertigkeiten der einzelnen Bit 22 durch ihre Breite definiert. Jedes einzelne Bit 22 ist durch ein Flankenpaar bestehend aus einer steigenden und einer fallenden Flanke begrenzt. In dem gezeigten Höhenprofil ist eine logische "0" durch eine schmale Bitbreite und eine logische "1" durch eine breite Bitbreite gekennzeichnet.These are in 5 a height profile of the marking layer 13 and the associated pulse train 21 of an edge-sensitive read head for pulse-width-coded angle information. Within a bit grid 20 are the values of the individual bits 22 defined by their width. Every single bit 22 is limited by a pair of edges consisting of a rising and a falling edge. In the height profile shown, a logical "0" is characterized by a narrow bit width and a logical "1" by a wide bit width.

Bei der flankensensitiven Auswertung wird bei jeder Flanke ein Impuls erzeugt. Aus dem Abstand der Impulse an einem Rasterpunkt des Bitrasters 20 wird die Wertigkeit jedes einzelnen Bit 22 ermittelt.With the edge-sensitive evaluation, a pulse is generated on each edge. From the distance of the pulses at a grid point of the bit grid 20 the value of each individual bit 22 determined.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass aufeinanderfolgende Bit 22 durch eine gemeinsame Flanke begrenzt sind. Bei der flankensensitiven Auswertung wird aus dem Abstand der Impulse die Wertigkeit jedes einzelnen Bit 22 ermittelt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine einfachere Struktur auf der Oberfläche des Informationsträgers erreicht.Alternatively, it can be provided that successive bits 22 are limited by a common edge. In the case of edge-sensitive evaluation, the value of each individual bit is converted from the distance between the pulses 22 determined. This advantageously achieves a simpler structure on the surface of the information carrier.

11
DrehwinkelsensorRotation angle sensor
22
Winkelscheibeangle plate
33
Zentralöffnungcentral opening
44
Aufnahmeadmission
55
Wellewave
66
Lagercamp
77
Sensorgehäusesensor housing
88th
Datenspurdata track
99
Lesekopfread head
1010
Auswerteelektronikevaluation
1111
Anschlußkabelcable
1212
Grundträgerbase support
1313
Markierungsschichtmarking layer
1414
Schutzschichtprotective layer
1515
Stützschichtbacking
16, 1816 18
Erhebungsurvey
17, 1917 19
Vertiefungdeepening
2020
Bitrasterbitmap
2121
Impulszugpulse
2222
Bitbit

Claims (15)

Drehwinkelsensor mit einer auf einer drehbaren Welle angeordneten Winkelscheibe, die mit einer kreisförmigen Informationsspur versehen ist, deren Daten von einem über der Scheibenoberfläche angeordneten, stationären Lesekopf aufgenommen und zur Weiterverarbeitung an eine Auswerteelektronik übergeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Winkelbestimmung verwendete Winkelscheibe (2) aus einem mittels einer Form strukturierten Grundträger (12) besteht, in das die enthaltene Winkelinformation über einen mechanischen Abformprozeß als Oberflächenprofil eingeformt ist.Angle of rotation sensor with an angular disk arranged on a rotatable shaft, which is provided with a circular information track, the data of which is recorded by a stationary reading head arranged above the disk surface and transferred to evaluation electronics for further processing, characterized in that the angular disk used for determining the angle ( 2 ) from a basic structure structured by means of a form ( 12 ) exists, in which the included angle information is molded as a surface profile via a mechanical molding process. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das die Winkelinformation tragende Oberflächenprofil auf der dem Lesekopf (9) abgewandten Seite des Grundträgers (12) eingeformt ist.Rotation angle sensor according to claim 1, characterized in that the surface profile carrying the angle information on the read head ( 9 ) opposite side of the base support ( 12 ) is molded. Drehwinkelsensor nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenprofil des Grundträgers (12) mit einer Markierungsschicht (13) überzogen ist.Angle of rotation sensor according to claim 2, characterized in that the surface profile of the base support ( 12 ) with a marking layer ( 13 ) is covered. Drehwinkelsensor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (13) durch eine Schutzschicht (14) abgedeckt ist.Angle of rotation sensor according to claim 3, characterized in that the marking layer ( 13 ) through a protective layer ( 14 ) is covered. Drehwinkelsensor nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (14) mit einer Stützschicht (15) überzogen ist.Angle of rotation sensor according to claim 4, characterized in that the protective layer ( 14 ) with a support layer ( 15 ) is covered. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) optisch transparent ist und dass die Markierungsschicht (13) optisch reflektierend ist.Angle of rotation sensor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the base support ( 12 ) is optically transparent and that the marking layer ( 13 ) is optically reflective. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) elektrisch isolierend ist und dass die Markierungsschicht (13) elektrisch leitfähig ist.Angle of rotation sensor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the base support ( 12 ) is electrically insulating and that the marking layer ( 13 ) is electrically conductive. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) unmagnetisch ist und dass die Markierungsschicht (13) magnetisch permeabel ist.Angle of rotation sensor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the base support ( 12 ) is non-magnetic and that the marking layer ( 13 ) is magnetically permeable. Drehwinkelsensor nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsschicht (13) permanentmagnetisch ist.Angle of rotation sensor according to claim 8, characterized in that the marking layer ( 13 ) is permanently magnetic. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) aus einem thermoplastischen Material besteht.Angle of rotation sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the base support ( 12 ) consists of a thermoplastic material. Drehwinkelsensor nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) heißgepreßt ist.Angle of rotation sensor according to claim 10, characterized in that the base support ( 12 ) is hot pressed. Drehwinkelsensor nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) spritzgegossen ist.Angle of rotation sensor according to claim 10, characterized in that the base support ( 12 ) is injection molded. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) aus einem mehrkomponentigen Harz besteht.Angle of rotation sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the base support ( 12 ) consists of a multi-component resin. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) Beimengungen von Faserwerkstoffen aufweist.Angle of rotation sensor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the base support ( 12 ) Has admixtures of fiber materials. Drehwinkelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (12) Beimengungen von Kunststoffen geringer Wärmeausdehnung aufweist.Angle of rotation sensor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the base support ( 12 ) Admixtures of plastics with low thermal expansion.
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