DE2312729A1

DE2312729A1 - Kodierer fuer die drehbewegungen einer welle

Info

Publication number: DE2312729A1
Application number: DE2312729A
Authority: DE
Inventors: Dennis H Trump
Original assignee: TRUMP ROSS IND CONTROLS Inc
Current assignee: TRUMP ROSS IND CONTROLS Inc
Priority date: 1972-03-15
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1973-09-20
Also published as: JPS494551A; GB1367868A; JPS5441336B2; US3770970A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Wandler und betrifft insbesondere in Verbindung mit einer drehbaren Welle zu benutzende Kodierer, die es ermöglichen, ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das dazu dient, die jeweilige Winkelstellung oder die Drehgeschwindigkeit oder die Anzahl der Umdrehungen einer drehbaren Welle anzuzeigen.

Es sind bereits photoelektrische Kodierer in Form von Kodierscheiben und dergleichen bekannt, die als absolute Kodierer bezeichnet werden, wenn sie so ausgebildet sind, daß sie die Winkelstellung einer Welle mit Hilfe eines Satzes von eindeutig kodierten Ausgangssignalen anzeigen, bzw. die als Schritt- oder Digitalkodierer bezeichnet werden, wenn sie ein Ausgangssignal in form eines Zählergebnisses oder einer Reihe ähnlicher Impulse liefern·

Bei den absoluten Kodierern wird gewöhnlich eine Anzahl von konzentrischen Spuren benutzt, von denen jede mehrere lichtundurchlässige bzw. lichtdurchlässige Elemente aufweist. Diese Spuren sind gewöhnlich so kodiert, daß sie ein zyklisches Binäres Ausgangssignal liefern; hierbei verdoppelt sich jeweils die Anzahl der Elemente, wenn man von einer Spur zur nächsten fortschreitet, und wenn

309838/1186

16 Spuren vorhanden sind, so daß der Kodierer Ausgangssignale mit 16 binären Bits liefert, muß die am engsten

1 fi
besetzte Spur 2 Elemente enthalten. Zum Ablesen jeder Spur ist ein Detektor vorhanden. liatürlich sind solche Kodierer kompliziert und teuer, so daß sie nicht ohne weiteres bei im übrigen einfachen und billigen Geräten verwendet werden können.

Bei einer bekannten Bauart eines Digitalkodierers, wie er in Fällen benutzt wird, in denen der hohe Aufwand für absolute Kodierer vermieden werden soll, wird mit einem sogenannten Moirlmuster-Kodierverfahren gearbeitet, und bei einem solchen Kodierer sind gewähnlich zwei Kodierscheiben vorhanden, von denen eine auf der Welle drehbar montiert ist und miteinander abwechselnde lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Sektoren aufweist, die in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt sind. Die andere Scheibe ist so angeordnet, daß ihr Mittelpunkt auf der Achse der drehbaren Scheibe liegt. Auch die zweite Scheibe ist in miteinander abwechselnde lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Sektoren unterteilt, die sich jeweils über gleich große Winkelbereiche erstrecken, doch ist bei der zweiten Scheibe je ein Sektor jeder der beiden Arten mehr vorhanden als bei der drehbaren Scheibe. Derartige Kodierer sind z.B. in den U.S.A.-Patentschriften 3 096 444, 5 514 618, 3 412 256 und 3 400 275 beschrieben.

Bei diesen bekannten Digitalkodierern ist es gewöhnlich erforderlich, das durch die Scheiben fallende Licht sorgfältig zu kollimatisieren und den Abstand zwischen den Scheiben und ihre parallele Lage ziemlich genau einzuhalten, wenn das Auftreten von Fehlern vermieden werden soll. Diese und weitere Erfordernisse bezüglich der Genauigkeit können zu einer solchen Erhöhung der Kosten führen, daß es in manchen, ünwendungsfällen unmöglich ist, solche Kodierer einzusetzen. Beispielsweise werden in der Industrie Schrittmotoren in großen Stückzahlen verwendet. In vielen Fällen führt ein solcher Motor Schritte von je

309838/1185

1,8° aus, so daß auf jede volle Umdrehung 200 Schritte entfallen. Um die jeweilige Winkelstellung der Welle zu ermitteln, ist es üblich, die Anzahl der durch den Schrittmotor erzeugten Impulse zu zählen, doch handelt es sich bei einem solchen Zählergebnis nur um ein indirektes Maß für die Winkelstellung der Welle, und es besteht keine absolute Gewähr dafür, daß der Motor einen Schritt ausgeführt hat, obwohl dem Motor ein Impuls zugeführt und dieser Impuls gezählt wurde. Daher ist es erwünscht, einen Ko^ dierer zu schaffen, der es auf direktem Wege ermöglicht, die Winkelstellung einer Welle mit einer Auflösung von weniger als 1,8° zu messen, und der sich gleichzeitig mit geringen Kosten herstellen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittoder Digitalkodierer bzw. einen Drehmelder für eine Welle zu schaffen, der bei einer ziemlich groben Auflösung geeignet ist, WinkelStellungen einer Welle zu messen, der sich jedoch mit sehr geringen Kosten herstellen läßt, und bei dem es nur in einem geringen Ausmaß oder überhaupt nicht erforderlich ist, Einstell- und/oder Wartungsarbeiten durchzuführen. Ferner soll durch die Erfindung ein Schrittkodierer geschaffen werden, der für ein Axialspiel einer Welle relativ unempfindlich ist, der sich in einer Umgebung benutzen läßt, in der relativ hohe Temperaturen herrschen, bei dem es sich um einen photoelektrischen Drehmelder der beschriebenen Art handelt, welcher eine möglichst kleine Anzahl von Bauteilen aufweist, der von sehr einfacher Konstruktion ist und sich auf einfache Weise benutzen läßt, und der insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Schrittmotoren geeignet ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist durch die Jb«rfindung ein Kodierer geschaffen worden, der eine zylindrische Trommel aufweist, welche mit lichtdurchlässigen Elementen versehen und so angeordnet ist, daß sie sich feleichacbsig mit der zugehörigen welle dreht. Innerhalb der 'lromuiel ist auf einer Seite der Welle eine Lichtquelle

309838/ 1 185

angeordnet, und es ist eine Einrichtung vorhanden, die dazu dient, das durch die Lichtquelle erzeugte Licht so zurückzuwerfen, als ob sich die Lichtquelle auf der Achse der Trommel befände. Außerhalb der !trommel ist ein Statorteil angeordnet, das mindestens zwei Sätze von miteinander abwechselnden lichtundurchlässigen und lichtdurchlässigen Abschnitten aufweist, die im Vergleich zu den lichtdurchlässigen Elementen der Trommel so bemessen und angeordnet sind, daß dann, wenn der eine Satz so angeordnet ist, daß er mit den lichtdurchlässigen Elementen der Trommel derart zusammenarbeitet, daß eine maximale Lichtmenge durchgelassen wird, der andere Satz von Elementen eine solche Lage einnimmt, daß diese Elemente mit anderen lichtdurchlässigen Elementen so zusammenarbeiten, daß nur eine minimale Lichtmenge durchgelassen wird. Außerhalb des Statorelements sind mehrere photoelektrische Wandler angeordnet, die dazu dienen, die Menge des Lichtes zu messen, das von der Lichtquelle aus durch die lichtdurchlässigen Elemente der Trommel sowie durch Schlitze des ötatorelements fällt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Ausführungsform eines Schrittkodierers oder Drehmelders;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform bestimmter Teile des Schrittkodierers nach Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Teildarstellung, aus der die relative Anordnung bestimmter Teile einer weiteren Ausführungsform ähnlich derjenigen nach Hg. 1 ersichtlich ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die die wirkungsweise einer grundsätzlichen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und

309838/1 185

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer komplizierteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die eine kreisrunde Trommel 20 mit einem zylindrischen Rand 22 und einem den Rand mit einem zentral angeordneten Nabenabschnitt verbindenden starren Tragabschnitt 24 mit der Form einer runden Scheibe aufweist. Der Nabenabschnitt 26 ist mit einer zentralen Öffnung versehen, die genau auf eine Welle 28 paßt, deren Winkelstellung ermittelt werden soll, so daß es möglich ist, die Trommel 20 drehfest mit der Welle 28 zu verbinden, damit der Rand 22 der Trommel jeweils in der gleichen Weise gedreht wird, wie die Welle. Der Rand 22 der Trommel weist mehrere lichtdurchlässige Elemente auf, die über den Umfang des Randes in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt sind. Fig. 3 zeigt einen Teil des Randes 22, der normalerweise aus einem lichtundurchlässigen Werkstoff, z.B. Metall oder einem lichtundurchlässigen Kunststoff oder dergleichen besteht, und die lichtdurchlässigen Elemente sind als Öffnungen oder Schlitze 30 dargestellt, mit denen der Rand durch eine maschinelle Bearbeitung, einen Ätzvorgang oder auf andere Weise versehen worden ist. Die Schlitze 30 haben im wesentlichen parallele, langgestreckte, gerade Längskanten, so daß z.B. rechteckige, längliche Öffnungen vorhanden sind, die sich alle über den gleichen Winkelbereich erstrecken, deren Längsachsen untereinander parallel sind, und deren Längsachsen sich parallel zur Drehachse der Trommel erstrecken. Gemäß Fig. 3 sind einander benachbarte Schlitze 30 durch lichtundurchlässige Abschnitte 32 des Randes getrennt, die in der Umfangsrichtung der Trommel jeweils die gleiche Breite haben wie die Schlitze. Wenn der Rand η Schlitze aufweist, sind daher auch η lichtundurchlässige Abschnitte vorhanden. Wenn der Rand 22 z.B. 200 in gleichmäßigen Winkelabständen verteilte Schlitze 30 aufweisen soll, erstreckt sich jeder Schlitz längs des ümfangs des Randes über einen Winkelbereich von etwa 0,9°· Alternativ kann man den Hand

309838/1185

nach Fig. 3 aus einem durchsichtigen Werkstoff herstellen, z.B. aus Glas oder einem durchsichtigen synthetischen Polymerisat wie Methylmethacrylat oder dergleichen, und die innere oder äußere zylindrische Fläche des Randes kann durch Bestreichen, Bedrucken oder auf andere Weise mit einem lichtundurchlässigen Uterzug versehen werden, der eine solche Form hat, daß er die lichtundurchlässigen Abschnitte 32 bildet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten abgeänderten Ausführungsform der Erfindung besteht mindestens der Randabschnitt 22 der Trommel 20 aus einem maßstabilen, lichtdurchlässigen Merkstoff, z.B.-Glas oder einem synthetischen Polymerisatkunststoff. Mindestens eine der inneren und äußeren zylindrischen Flächen des Randes 22 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mit Linsenabschnitten 34 versehen, welche die lichtdurchlässigen Abschnitte des Randes bilden. Die einzelnen Linsen sind vorzugsweise an der zylindrischen Außenfläche des Randes an Zerrlinsen mit einer Fokussierwirkung so ausgebildet, daß sie es ermöglichen, ein langgestrecktes, einem Schlitz ähnelndes Bild zu erzeugen. Gewöhnlich handelt es sich bei den Linsenabschnitten um konvexe Segmente von Zylindern, die sich sämtlich in der Umfangsrichtung über den gleichen Winkelbereich erstrecken, wobei die Achsen der Zylinder parallel zueinander und parallel zur Drehachse der Trommel 20 verlaufen, so daß die Bilder, welche die Linsen von einer ihnen gemeinsam zugeordneten Lichtquelle erzeugen, entsprechend orientiert sind. Alternativ könnte man sowohl die innere als auch die äußere Umfangsfläche des Randes 22 mit einander zugeordneten zylindrischen Abschnitten derart versehen, daß eine Anzahl von kleinen konkav-konvexen Linsen vorhanden sein würde; weiterhin ist es möglich, die äußere Umfangsfläche des Randes 22 als glatte zylindrische Fläche auszubilden und die innere Umfangsfläche mit zahlreichen konkaven zylindrischen Abschnitten zu versehen, welche die gewünschten Zerrlinsen mit einer Fokussierwirkung bilden. Ohne Rücksicht darauf, welche Linsenform

309838/1 185

gewählt wird» z.B. annähernd plankonvexe oder plankonkave oder konkav-konvexe Linsen, müssen sämtliche vorhandenen Linsen untereinander die gleichen Fokussiereigenschaften haben·

Der in Fig. 2 dargestellte, mit Linsen versehene Hand 22 läßt sich leicht mit Hilfe eines von mehreren bekannten Verfahren herstellen. Beispielsweise ist es möglich, die gesamte Trommel mittels einer maschinellen Bearbeitung herzustellen oder sie zu ätzen, doch wird die Trommel vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsschritt im Wege des Gießens oder mit Hilfe eines anderen Formgebungeverfahrens hergestellt.

Gemäß Fig. 1 weist der Kodierer ferner einen runden Tragflansch 37 oder dergleichen auf, der dazu bestimmt ist, an einem ortsfesten Bauteil befestigt zu werden, bei dem es sich gewöhnlich um ein Bauteil handelt, durch das die Welle 28 unterstützt wird. Der Flansch 37 kann mit dem betreffenden Bauteil auf beliebige Weise, z.B. mittels Schrauben oder dergleichen, so befestigt werden, daß er einen gleichachsig mit der Welle 28 angeordneten Ring bildet. Weiterhin ist ein becherförmiges Bauteil, z.B. ein Gehäuse 38, vorhanden, das so bemessen ist, daß es zu dem Flansch 37 paßt, und das sich mit dem Flansch z.B. mit Hilfe einer Potentiometerschelle 39 verbunden läßt. An dem Gehäuse 3& ist ein Bock 40 ausgebildet oder befestigt, mit dem mehrere weitere Bauteile verbunden sind. Beispielsweise ist auf dem Bock 40 ein Statorelement 42 angeordnet, das z.B. die Form eines kurzen Zylinders besitzt, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Trommel 20; alternativ kann als Statorelement auch nur ein Zylindersegment vorhanden sein. Das Statorelement 42 ist auf dem Bock 40 so angeordnet, daß er eine mit der Trommel 20 und der Welle 28 konzentrische. Lage einnimmt, wenn das Gehäuse 38 an dem es tragenden Bauteil befestigt und die Trommel auf der Welle montiert ist.

309838/ 1 1 85

Gemäß Fig. 2 ist das Statorelement 42 als ein im wesentlichen lichtundurchlässiges Element ausgebildet, das einen ersten Satz 44 und einen zweiten Satz 46 von lichtdurchlässigen Abschnitten aufweist, die z.B. als Schlitze ausgebildet sind. Die Zahl der Schlitze des einen Satzes ist vorzugsweise gleich der Zahl der Schlitze des anderen Satzes. Die Schlitze 48 bilden im wesentlichen rechteckige langgestreckte lichtdurchlässige Abschnitte des Statorelements, deren längere Achsen untereinander parallel sind und parallel zur Drehachse der Trommel 20 verlaufen; in der Umfangsrichtung haben sämtliche Schlitze 48 die gleiche Breite. Die Schlitze sind jeweils durch lichtundurchlässige Abschnitte des Statorelements 42 getrennt, die in der Umfangsrichtung die gleiche Breite haben wie die Schlitze 48. Der Winkelabstand zwischen den Längsachsen oder Mittellinien benachbarter Schlitze 48 ist vorzugsweise der gleiche wie der Vvinkel abstand zwischen den Längsachsen oder Mittellinien der benachbarten lichtdurchlässigen Elemente des Eandes 22 der dem Statorelement 42 zugeordneten Trommel 20. Jeder Satz von Schlitzen 48 erstreckt sich vorzugsweise über einen Winkelbereich von weniger als 90°, und die Sätze 44 und 46 von Schlitzen sind in einem gemeinsamen Umfangsabschnitt des otatorelements 42 angeordnet, der sich vorzugsweise über einen Winkelbereich von erheblich weniger als 180° erstreckt. Zwischen den beiden Sätzen 44 und 46 von Schlitzen ist ein Abschnitt 50 vorhanden, der in der Umfangsrichtung vorzugsweise eine Breite hat, die erheblich größer ist als die Breite eines der Schlitze 48.

Auf dem Bock 40 ist eine Einrichtung angeordnet, die dazu dient, Licht, das durch eine einzige Lichtquelle erzeugt wird, so radial durch die Schlitze der Trommel 20 auf zwei entsprechende Schlitze der Sätze 44 und 46 des Statorelements 42 fallen zu lassen, als ob die Lichtquelle auf der Drehachse der Trommel 20 angeordnet wäre. Um dies zu ermöglichen, ist eine Lichtquelle in Form einer elektrischen Lampe, vorzugsweise einer Glühlampe 52

309838/1185

π - 9 -

vorhanden, die in eine Fassung 54 eingebaut ist, welche ihrerseits an dem Bock 4C so befestigt ist, daß die Lampe zwischen der inneren Umfangsflache des Randes 22 und der Drehachse der trommel liegt. Außerdem ist auf dem Bock 40 zwischen der Lampe 52 und der Drehachse der Trommel ein Reflektor 56 (Fig. 4) so angeordnet, daß er das von der Lampe kommende Licht in radialer Richtung nach außen durch die lichtdurchlässigen Abschnitte des Randes 22 auf die Sätze 44 und 46 von Schlitzen 48 fallen läßt. In seiner einfachsten Form braucht der Reflektor 56 nur als ebener Spiegel ausgebildet zu sein, der etwa in der Mitte zwischen der Lichtquelle 52 und der Drehachse der Trommel 20 angeordnet ist und sich im rechten Winkel zu einem durch die Lichtquelle verlaufenden Radius der Trommel erstreckt· Die Lichtquelle 52 ist vorzugsweise zu einem Teil von einer lichtundurchlässigen Abschirmung 58 umschlossen, die zwischen der Glühlampe und den Sätzen 44 und 46 von Schlitzen so angeordnet ist, daß nur dasjenige Licht zu den Schlitzen gelangen kann, welches durch den Reflektor zurückgeworfen wird·

Weiterhin ist auf dem Bock 40 eine Einrichtung angeordnet, zu der z.B. Hiotozellen 60 und 62 (Fig. 5) gehören, die dazu dienen, das Licht nachzuweisen, das von den Schlitzen der Sätze 44 und 46 durchgelassen wird. Bei den Photozellen 60 und 62 kann es sich z.B. um Silizium-"Sperrschicht-Photozellen" oder dergleichen handeln.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kodierers ist aus Fig. 4 ersichtlich, wo die Hauptteile des beschriebenen Kodierers jeweils teilweise dargestellt sind. Nachdem die Trommel 20 auf der Welle 28 montiert, das Gehäuse 38 mit dem Flansch 37 verspannt und der Flansch an einem ihn tragenden Bauteil so befestigt worden ist, daß der Stator 42 gleichachsig mit der Trommel angeordnet ist, wird das durch die Lampe 52 erzeugte, mit gestrichelten Linien angedeutete Licht durch den Spiegel 56 so zurückgeworfen, daß es durch die lichtdurchlässigen Abschnitte

309838/1185

- ίο -

bzw. die Schlitze $0 des Randes 22 fällt. Man erkennt, daß sich das durch den Spiegel 56 reflektierte Licht längs Bahnen fortpflanzt, die mit ivrpmmungsradien des Randes 22 zusammenfallen, so daß das Licht gemäß Mg. 4 von der Krümmungsachse 64 der Trommel auszugehen scheint; wie erwähnt, fällt die Krümmungsachse 64 mit der Drehachse der Trommel 20 und der Welle 28 zusammen.

Es sei angenommen, daß der Rand 22 durch eine Drehung der Welle 26 in eine solche Lage gebracht worden ist, daß mehrere Schlitze J>0 des Landes in iluchtung mit Schlitzen 48 des Stators 42 stehen, so daß das durch den Spiegel 52 reflektierte Licht_ durch die sich deckenden Schlitze fällt und auf einen Detektor, z.B. eine Photozelle 60, geworfen wird. Wenn die lichtdurchlässigen Abschnitte des Randes 22 in Fluchtung mit den lichtdurchlässigen Abschnitten des Stators 42 stehen, entspricht die Intensität des gemeinsam von der Trommel und dem Stator durchgelassenen Lichtes einem Maximum, das durch das elektrische Ausgangssignal der Photozelle 60 angezeigt wird. Wenn sich jetzt die Welle 28 in eine neue stellung dreht, bei der die Schlitze 30 in radialer Richtung jeweils einem lichtundurchlässigen Abschnitt des Stators 42 zwischen den Schlitzen 48 benachbart sind, erreicht die Intensität des auf die Photozelle 60 fallenden Lichtes ein Minimum. Wenn die Intensität des von der Photozelle 60 gefühlten Liclites von einem Minimum auf ein Maximum ansteigen und wieder auf ein Minimum zurückgehen oder von einem Maximum auf ein Minimum zurückgehen und dann wieder auf ein Maximum ansteigen soll, ist es nur erforderlich, daß sich die Welle 28 um einen bestimmten Winkel dreht; nimmt man an, daß die Schlitze 30 und die lichtundurchlässigen Abschnitte 32 des Randes 22 in der Umfangsrichtung die gleiche Breite haben, und daß gleich große Winkelabstände zwischen den Schlitzen 30 und den Schlitzen 46 vorhanden sind, braucht sich die Welle nur um einen Winkel zu drehen, der gleich dem Zweifachen der Breite eines Schlitzes $0 in der umfangsrichtung, d.h. des Abstandes zwischen den Littel-

309838/1185

linien zweier benachbarter Schlitze 50 ist. Ist die Trommel 20 mit η Schlitzen 50 versehen, erhält das A sgangssignal der Photozelle 60 eine im wesentlichen dreieckige Wellenform, die man als quasisinusförmig betrachten kann, und deren Grundfrequenz gleich η je Umdrehung der Welle 20 ist.

Es ist ersichtlich, daß dem Abstand zwischen der zylindrischen Außenfläche des Randes 22 und der zylindrischen Innenfläche des Stators 42 und der parallelen Lage dieser Flächen keine besonders kritische Bedeutung zukommt, und daß es auch nicht erforderlich ist, eine genaue Kollimation des Lichtes zu bewirken, da das gesamte zum Erregen der Photozelle 60 dienende Licht radial nach außen fällt. Eine solche radiale Fortpflanzung des Lichtes läßt sich auf sehr einfache Weise erreichen; hierzu ist es nur erforderlich, den Spiegel 56 so einzustellen, daß sich seine reflektierende Fläche in der Mitte zwischen der Drehachse 64 der Trommel und dem Glühfaden der Lampe 52 befindet, und daß er sich im rechten Winkel zu einem kadius der Trommel erstreckt, der durch den Glühfaden der Lampe verläuft. Die Einstellung ist nicht besonders kritisch, und um sie durchzuführen, kann man entweder den Spiegel oder die Lampe oder sowohl den Spiegel als auch die Lampe verstellen.

Ferner ist ersichtlich, daß die Trommel in einem gewissen Ausmaß axial auswandern kann; dies gilt insbesondere dann, wenn die Schlitze des Stators oder der Trommel in Richtung ihrer Achse kürzer sind als" die Schlitze der Trommel bzw. des Stators, und wenn die Enden der kürzeren Schlitze zwischen den Enden der längeren Schlitze liegen. Da das einzige sich bewegende Bauteil, d.h. die Trommel 20, auf der Welle sitzt, deren Drehbewegungen ermittelt werden sollen, werden in dem eigentlichen Kodierer keine Laper benötigt, und hieraus ergeben sich erhebliche Kostenersparnisse.

309838/1185

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform handelt es sich praktisch um eine vereinfachte Ausführungsform des Kodierers nach Iig. 2. Gemäß !Fig. 5 wird das Licht der Lampe 52 durch den Spiegel 56 so zurückgeworfen, daß es von der Achse 64 auszugehen scheint, die mit der Drehachse der trommel 20 zusammenfällt_β Bei der Ausführungsform nach Pig. 5 ist der Hand 22 durchsichtig und in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weiße mit Linsenabschnitten 34 versehen. Das Licht, das durch den Spiegel 56 radial nach außen entlang Krümmungsradien des Eandes 22 zurückgeworfen wird, wird praktisch durch jeden Linsenabschnitt in der in Fig. 5 durch gestrichelte Linien angedeuteten Weise auf einen "Brennpunkt" fokussiert, bei dem sich bei Zerrlinsen praktisch um eine Brennlinse handelt. Die Schlitze 48 der Sätze 44 und 46 sind in den gleichen Winkelabständen verteilt wie die einander benachbarten Brennlinien der Linsenabschnitte 34. Die Schlitze des Satzes sind gegenüber den Schlitzen des Satzes 46 so angeordnet, daß dann, wenn alle Brennlinien der zugehörigen Linsenabschnitte 34 genau auf die Litte der das Licht durchlassenden Schlitze des einen Satzes fokussiert sind, die Brennlinien der dem anderen Satz von Schlitzen zugeordneten Linsenabschnitten zwischen den betreffenden Schlitzen, d.h. auf den lichtundurchlässigen Abschnitten des Stators 42 liegen. Wenn sich die trommel 20 zusammen mit dem Rand 22 dreht, drehen sich somit die Brennlinien der Linsenabschnitte zusammen mit der Irommel, so daß die Intensität der Beleuchtung einer Jrhotozelle, z.B.. der ihotozelle 60, beispielsweise von einem Maximum über ein Minimum zu einem Maximum variiert, während die Intensität des auf die zweite Photozelle 62 fallenden Lichtes gleichzeitig von einem minimum über ein Maximum zu einem Minimum variiert. Somit besteht zwischen den elektrischen Ausgangssignalen der beiden Photozellen praktisch ein Phasenunterschied von 180°. Daher ist es möglich, die Photosellen 60 und 62 auf bekannte Weise in einer elektrischen Gegentaktschaltung zu verwenden, so daß man ein

309838/1185

elektrisches Signal erhält, das praktisch eine Amplitude hat, die doppelt so groß ist wie jedes Signal, das durch eine einzige der beiden Photozellen erzeugt wird.

Bekanntlich läßt sich das Ausgangssignal einer Photozelle leicht digitalisieren, z.B. dadurch, daß man die Anzahl der Durchgänge durch die Nullachse ermittelt. Da eine Trommel mit η Schlitzen oder Linsenabschnitten ein Ausgangssignal liefert, das die Grundfrequenz η je Umdre-r hung der Welle hat, kann man die Nullachsendurchgange ausnutzen, um die Stellung der Trommel gegenüber einem willkürlich gewählten Nullpunkt zu ermitteln. Soll eine willkürlich gewählte Nullstellung für die Trommel festgelegt werden, kann man sie mit Hilfe eines von mehreren bekannten Verfahrens erreichen, die nicht einen Gegenstand der Erfindung bilden. Für jeden Fachmann liegt es ferner auf der Hand, daß man auch ein oder mehr zusätzliche Paare von Sätzen von Schlitzen bei dem Stator 42 vorsehen kann, so daß man z.B. vier, acht oder sogar noch mehr Photozellenausgangssignale erhält. Ferner liegt es nahe, zwei Paare von Sätzen von Schlitzen derart zu verwenden, daß in Phasenquadratur stehende Signale erzeugt werden, und daß man für jede Drehung der Welle um einen Winkelbetrag, der dem Mittenabstand zweier benachbarter lichtdurchlässiger Abschnitte vier Nullachsendurchgänge erhält.

Der Flansch 37 wird starr an einem Bauteil, z.B. einem Motorgehäuse, befestigt, so daß er praktisch eine Zentriervorrichtung bildet, mit der sich das Gehäuse 38 auf einfache Weise durch Festziehen der Potentiometerschelle 39 verbinden läßt. Diese Anordnung ermöglicht es, das Gehäuse 38 gegenüber dem Motorgehäuse zu drehen und so die Beziehung oder Phase der Sätze 44 und 46 von Schlitzen gegenüber einer bestimmten Stellung der Welle festzulegen; wird die Erfindung bei Schrittmotoren angewendet, bildet diese Möglichkeit ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung.

Patentansprüche:

309838/1185

Claims

P A ί L S T A IU l· E Ü C H E

/ly Kodierer bzw. Drehmelder, der auf eine Drehung einer welle anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Trommel (20) vorhanden ist, die auf der Welle (28) so montierbar ist, daß sie sich gleichachsig mit der welle dreht, daß die Trommel mehrere in im wesentlichen gleich großen Kinkelabständen über den Umfang einer zylindrischen !'lache der Trommel verteilte lichtdurchlässige Abschnitte (30; 34) aufweist, daß in der Trommel auf einer Seite ihrer Drehachse (64) eine Lichtquelle (52) angeordnet ist, daß ein Statorelement (42) vorhanden ist, das mindestens einen Satz (44, 46) von miteinander abwechselnden lichtdurchlässigen Abschnitten (46) und lichtundurchlässigen Abschnitten aufweist, daß die lichtdurchlässigen Abschnitte im wesentlichen in den gleichen Winkelabständen verteilt sind, wie die lichtdurchlässigen Abschnitte der Trommel, daß das Statorelement gegenüber der Trommel ortsfest angeordnet ist, so daß bei einer Drehung der Trommel ihre lichtdurchlässigen Abschnitte in radialer Richtung in Deckung mit einer gleich großen Anzahl von lichtdurchlässigen Abschnitten der Trommel bringbar sind, daß eine Einrichtung (58, 56) vorhanden ist, die bewirkt, daß Licht von der Lichtquelle in radialer Richtung durch in Deckung miteinander befindliche lichtdurchlässige Abschnitte der Trommel und lichtdurchlässige Abschnitte des Statorelements fällt, und daß eine Einrichtung (60, 62) vorhanden ist, die dazu dient, ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von dem Licht zu erzeugen, das von den lichtdurchlässigen Abschnitten der Trommel und den lichtdurchlässigen Abschnitten des Statorelements durchgelassen wird«

309838/1185

2. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Abschnitte (30; 34) der Trommel (20) jeweils zwei parallele, langgestreckte gerade Längskanten haben und so angeordnet
sind, daß ihre langen Achsen parallel zueinander und zur Drehachse (64) der trommel verlaufen.

3· Kodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtdurchlässigen Abschnitte (30; 34) der Trommel (20) eine langgestreckte, im wesentlichen rechteckige Form haben.

4. Kodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Abschnitte der Trommel (20) als öffnungen (30) in der zylindrischen Fläche der Trommel ausgebildet sind, und daß die übrigen Teile dieser ίlache lichtundurchlässig sind.

5. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Abschnitte der Trommel (20) als Linsenelemente (34) ausgebildet sind.

6. Kodierer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß jedes Linsenelement (34) so geformt ist, daß es das von der Lichtquelle (52) aus projizierte Licht in Form eines langgestreckten Bildes fokussiert,
und daß die Längsachse jedes Bildes parallel zu den Längsachsen aller übrigen Bilder und zur Drehachse (64) der
Trommel (2C) verläuft.

7. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die lichtdurchlässigen Abschnitte der Trommel (20) als Segmente von zylindrischen Linsen (34) ausgebildet sind, die sämtlich so angeordnet sind, daß
ihre Hinterachsen parallel zueinander und zur Drehachse (64) der Trommel (20) verlaufen.

6. Kodierer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß mindestens der Hand (22) der Tronel (20) aus einem im wesentlichen lichtdurchlässigen werk»

309838/1185

- 1G -

stoff besteht.

9. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Statorelement (42) mindestens ein Segment eines Zylinders ist, der im wesentlichen gleichachsig mit der 'l'rommel (20) angeordnet ist.

10. Kodierer nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß das Statorelement (4-2) aus einem im wesentlichen lichtundurchlässigen Werkstoff besteht, und daß seine lichtdurchlässigen Abschnitte als im wesentlichen schlitzförmige öffnungen (48) in dem Y/erkstoff ausgebildet sind.

11. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der bzw. jeder Satz (44, 46) von miteinander abwechselnden lichtdurchlässigen Abschnitten (48) und lichtundurchlässigen Abschnitten des Statorelements (42) gegenüber der Trommel (20) über einen Winkelbereich von weniger als 90° erstreckt.

12. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweiter Satz (46) von miteinander abwechselnden lichtdurchlässigen Abschnitten (48) und lichtundurchlässigen Abschnitten vorhanden ist, der dem ersten Satz (44) im wesentlichen ähnelt, und daß sich die beiden Sätze gegenüber der l'rommel (20) insgesamt über einen V.inkelbereich von weniger als 180° erstrecken.

15· Kodierer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei Sätze (44, 46) von Abschnitten so angeordnet sind, daß dann, wenn die Lichtmenge, die insgesamt durch die lichtdurchlässigen Abschnitte (30; $4) der Trommel (20) und die lichtdurchlässigen Abschnitte (48) des einen Satzes fällt, ein Iiaximum ist, die Lichtmenge, die durch die lichtdurchlässigen Abschnitte der Trommel und die lichtdurchlässigen Abschnitte des anderen Satzes ein Iviininium ist.

309838/1185

- «7 - ■

14. Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Einrichtung zum Jrrojizieren des Lichtes ein zwischen der Lichtquelle (52) und der Drehachse (44) der Trommel (20) angeordneter Reflektor (56) gehört.

15· Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Einrichtung zum Projizieren des Lichts ein im wesentlichen ebener !Reflektor (56) gehört, der annähernd in der Mitte zwischen der Lichtquelle (5*0 und der Drehachse (64) der Trommel (20) und im wesentlichen im rechten Winkel zu einem durch die Lichtquelle verlaufenden Radius der Trommel angeordnet

Leerseite