DE2726090C3

DE2726090C3 - Stroboskopisch arbeitender Winkelkodierer

Info

Publication number: DE2726090C3
Application number: DE19772726090
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. 1000 Berlin Wernicke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1981-10-15
Also published as: DE2726090A1; DE2726090B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelkodierer, der die analoge Winkelstellung einer im Vollkreisbereich von 0° bis 360° anschlagsfrei drehbaren mechanischen Welle mißt und in Form eines elektrischen digitalen Datenwortes ausgibt.

Es ist bekannt, daß für diese Aufgabe optische Winkelkodierscheiben mit photoelektrischer Lichtschranken-Abtastung gebräuchlich sind. Insbesondere sind mehrspurige Absolutkodierscheiben üblich, bei denen jede Spur einer Binärstelle des Ausgangsdatenwortes entspricht. Nachteilig ist dabei die hohe erforderliche Präzision, indem die Winkelkodierscheibe und die Vielfach-Lichtschrankenanordnung mit Winkelfehlern von weniger als einem Auflösungsschritt gefertigt und angeordnet sein müssen.

Es ist auch bekannt, daß Schrittmotore mit hoher Schrittanzahl je Umdrehung infolge des zahnradähnlichen, rotationssymmetrischen Aufbaues von Stator und Rotor mit geringem Aufwand Winkeleinstellungen mit der feinen Winkelauflösung des Einzelschrittes gestatten. Es ist weiterhin bekannt, daß durch elektronische Zählung der Stellschritte eines Schrittmotors dessen momentane Stellung ermittelt werden kann. Schließlich ist bekannt, daß Schrittmotore bei dauerndem ununterbrochenem Umlauf mit höherer Schrittfrequenz betrieben werden können (Synchronbetrieb) als im Intervallbetneb mit Stellpausen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demnach darin, daß in einem Winkelkodierer anstelle einer Absolutkodierscheibe und deren photoelektrischer Auslegung ein Schrittmotor mit hoher Schrittanzahl je Umdrehung verwendet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß, in den Kennzeichnungsmerkmalen des Anspruchs 1.
Weiterhin wird gemäß Weiterbildung nach Anspruch 2 vorgeschlagen, daß die Zählung der Motorschritte an einer Nullreferenz gestützt wird, indem eine dritte, gehäusefeste Schlitzblendenscheibe mit einem Nullmarkenschlitz (Nullmarkenblende) und einer Lichtschranke zur photoelektrischen Beobachtung der Winkelkoinzidenz zwischen Motorblende und Nullmarkenblende, d. h. zur Beobachtung der Nulldurchgänge der Motorblende, angeordnet ist

Weiterhin wird gemäß Weiterbildung nach Anspruch 3 vorgescnlagen, daß ein elektronischer Synchronlauftaktgeber angeordnet ist, der eine hohe Schrittfrequenz für den im Synchronbetrieb dauernd umlaufenden Schrittmotor erzeugt, durch Kontrolle dei Zeitpunkte der photoelektrisch beobachteten Nulldurchgänge den tatsächlichen Synchronlauf kontrolliert und im Falle des »Aus-dem-Takt-Fallens« des Schrittmotors die Schrittfreqenz vorübergehend stetig absenkt und wieder anhebt, um dem Schrittmotor ein erneutes anlaufen in den Synchronbetrieb zu ermöglichen.

Die Erfindung weist einige wesentliche Vorteile auf.

Der vorrangigste Vorteil des stroboskopisch arbeitenden Winkelkodierers besteht darin, daß die Winkelmeßpräzision durch die Verwendung eines in einfacher Weise rotationssymmetrisch aufgebauten Schrittmotors erzielt wird. Weiterhin ist durch diese Anordnung eine gestreckte zylindrische Bauform des Winkelkodierers möglich (während Winkelkodierer mit Absolutkodierscheibe durch flache Bauformen großer Durchmesser gekennzeichnet sind). Die durch den Synchronlauftaktgeber vorgegebene hohe Schrittmotordrehzahl ermöglicht eine hohe Eingangsfrequenz des Winkelkodierers, da je Motorumlauf ein Stellungswert ermittelt wird.

In der Zeichnung ist anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung erläutert.
Die Figur zeigt eine mögliche Anordnung der Bauglieder des Winkelkodierers.

Der Schrittmotor 1, koaxial fest verbunden mit der Motorblende 2 und befestigt am Gehäuse 11, läuft dauernd um. Die Eingangsblende 3 ist koaxial fest verbunden mit der Eingangswelle 4. Die Eingangswelle 4 ist frei drehbar gelagert in gehäusefesten Lager 12. Weiterhin ist die am Gehäuse 11 befestigte Nullmarkenblende 5 koaxial zu den beiden übrigen Blenden 2 und 3 angeordnet. Die Lichtquelle 6 beleuchtet die gesamte Fläche der Blende 2 und bildet mit dem über die gesamte Fläche der Blende 3 empfindlichen Lichtempfänger 7 eine Lichtschranke, die bei Koinzidenz der Blendenschlitze der Blenden 2 und 3 einen Lichtstrom feststellt. Die Lichtquelle 6 bildet mit dem Lichtempfänger 8, der nur über die Fläche der Nullmarke 5.1 auf der Nullmarkenblende 5 empfindlich ist, eine zweite Lichtschranke für die Beobachtung der Nulldurchgänge der Motorblende 2. Das elektrische Steuerwerk 13 läßt den Schrittmotor 1 umlaufen, zählt die Motorschritte ab,

beginnt diese Zählung mit jedem Ober die Lichtschranke 6/S beobachteten Nulldurchgang neu, gibt den Zählerstand zu jeder über die Lichtschranke 6/7 beobachteten Koinzidenz von Eingangsblende 3 und Motorblende 2 als digital kodierten Stellungsmeßwert 9 aus. Der Synchronlauftaktgeber TO überwacht durch Beobachtung der Nulldurchgänge der Motorblende 2 den gleichmäßigen Synchronlauf des Schrittmotors 1 und senkt bei Fehlern vorübergehend die Motordrehzahl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stroboskopisch arbeitender Winkelcodierer für die Umformung einer analogen Winkelstellung einer im Vollkreisbereich von 0° bis 360° anschlagfrei drehbaren mechanischen Welle in eine elektrische Digitalgröße, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) auf der im Lager (12) frei drehbar gelagerten Eingangswelle (4) ist eine Schlitzblendenscheibe [Eingangsblende (3)] koaxial und unverschieblich angeordnet;

b) auf der Welle eines dauernd umlaufenden Schrittmotors (1) ist koaxial mit der Eingangswelle (4) eine zweite Schlitzblendenscheibe [Motorblende (2)] unverschieblich angeordnet;

c) eine Lichtquelle (6), die mit dem Schrittmotor (1) umlaufende Schlitzblende (2) und die mit der Eingangswelle (4) drehbare Eingangsblende (3) bilden zusammen eine erste Lichtschranke;

d) die Messung der Stellung der Eingangswelle (4) erfolgt nach stroboskopischem Prinzip in der Weise, daß die durch elektrische Motorschrittzählung ermittelte Stellung der Motorblende (2) in dem — photoelektrisch durch beide Schlitzblenden (2) und (3) passierendes Licht bestimmten — Zeitpunkt der Winkelkoinzidenz von Eingangswelle (4) und Motorwelle (1) abgetastet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung der Schritte des Schrittmotors (1) relativ zur Nullmarke (5.1) auf der Blende (5) mittels einer zweiten Lichtschranke (6/8) erfolgt, indem eine gehäusefeste Schlitzblendenscheibe (5) mit einem Nullmarkenschlitz (5.1) zwischen Motorblende (2) und Eingangsblende (3) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Synchronlauftaktgeber (10) vorgesehen ist, der eine hohe Schrittfrequenz für den im Synchronbetrieb umlaufenden Schrittmotor erzeugt.