DE3247174A1 - Bewegungsrichtungsgeber - Google Patents

Description

• Bewegungsrichtungsgeber Die Erfindung betrifft einen Bewegungsrichtungsgeber der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
• Zur Feststellung der Bewegungsrichtung eines angetriebenen mechanischen Elementes, z.B. von dessen Wegstrecke und der Bewegungsrichtung, in der es diese Wegstrecke zurückLegt, ist es bekannt, neben der am angetriebenen mechanischen Element oder Maschinenteil angebrachten abtastbaren Rasterskala eine zweite abtastbare Rasterskale an einem feststehenden Maschinenteil anzubringen. Beide Rasterskalen werden abgetastet und aus der Stellung der abgetasteten Impulse zueinander in einer Auswert schaltung die Bewegungsrichtung feststellt. Eine derart aufwendige Einrichtung ist für eine sehr genaue Messung der Bewegung vom beweglichen mechanischen Element oder Maschinenteil zwar unumgänglich, für Einrichtungen mit geringeren Genauigkeitsanforderungen jedoch zu aufwendig.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein bewegliches mechanisches Element oder Geräteteil, dessen Wegstrecke nicht mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden muß, einen Bewegungsrichtungsgeber anzugeben, der einen wesentlich geringeren Aufwand erfordert und dennoch eine sichere Angabe der Bewegungsrichtung gewährleistet. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen technischen Merkmale gelöst.
• Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß nur ein Impulsgeber und nur eine Impulsabtasteinrichtung für den Impulsgeber erforderlich ist und dennoch eine eindeutige Aussage für die Bewegungsrichtung vorliegt.
• Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Figur 1 einen Bewegungsrichtungsgeber zur Anzeige der Drehrichtung einer Welle in einer schematischen Darstellung7 Figur 2 einen Ausschnitt der auf der in Figur 1 dargestellten Welle angebrachten Rasterscheibe, Figur 3 ein Diagramm der Lichtdurchlässigkeit der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Rasterscheibe, Figur 4 eine Schaltungsanordnung eines Bewegungsrichtungsgebers, Figur 5 das Diagramm des Abtastsignals und die zugehörigen Impulsdiagramme, abhängig von der Bewegungsrichtung.
• In Figur 1 ist als Ausführungsbeispiel eines Bewegungsrichtungsgebers ein Drehrichtungsgeber für die Drehrichtung einer Welle 1 dargestellt. Auf der Welle 1 ist als Impulsgeber eine Rasterscheibe 2 befestigt, die an ihrem Rand eine Skala 3 optischer Rasterelemente 4 aufweist. Die Rasterscheibe 2 ist an einer Stelle mit ihrer Skala zwischen den beiden Wangen 5 und 6 einer als Impulsabtasteinrichtung ausgebildeten Lichtschranke 7 angeordnet. Die eine Wange 6 enthält eine Lichtquelle, z.B. eine Leuchtdiode 8 (Figur 4), zum Durchleuchten der Rasterskala 3 der Rasterscheibe 2.
• Die andere Wange der Lichtschranke 7 enthält einen Fotosensor, z. B. in der Gestalt eines Fototransistors 9 (Figur 4) als optoelektronischen Wandler. Die Lichtschranke 7 ist auf einer Schaltungsplatte 10 befestigt, die auch die Schaltungselemente der der lichtschranke nachgeschalteten Impulsauswertschaltung 11 enthält.
• In Figur 2 ist ein Ausschnitt der in Figur 1 gezeigten Rasterscheibe 2 dargestellt. Die Rasterelemente 4 sind in ihrer Lichtdurchlässigkeit gestuft und enthalten ein lichtdurchlässiges Elementeteil 12 und einen halbdurchlässigen Elementeteil 13, das die Intensität des durchstrahlenden Lichtes wesentlich herabsetzt. Die Rasterelemente 4 sind durch lichtundurchlässige Stege 14 voneinander getrennt.
• In Figur 3 ist schematisch ein Längsschnitt durch die Scheibe 2 an der Stelle der Rasterskala 3 dargestellt,die von den Lichtstrahlen 15 einer Lichtquelle durchleuchtet wird. Unter diesem Längsschnitt ist ein Leuchtdichtediagramm 16 dargestelltJdessen Ordinate 17 einen Maßstab der Leuchtdichte L anzeigt. Die Kurve 18 stellt die Leucht- dichte der Rasterskala unter dem Einfluß der Lichtstrahlen 15 an den einzelnen Teilen 12, 13, 14 der Rasterelemente 4 der Rasterskala 3 darstellt.
• In Figur 4 ist eine Schaltungsanordnung eines in Figur 1 gezeigten Drehrichtungsgebers schematisch in einem Blockschaltbild dargestellt. Die Lichtstrahlen 15 der als Lichtquelle in der Lichtschranke 7 verwendeten Leuchtdiode 8 beleuchten den ihr gegenüberliegenden Teil der Rasterskala 3 der Rasterscheibe 2 des Drehrichtungsgebers.
• Der Fototransistor 9 tastet die Leuchtdichte der ihm gegenüberliegenden Teile der Rasterelemente 12, 13, 14 der Rasterscheibe 2 ab und wandelt sie leuchtdichteabhängig in eine Ausgangsspannung um, die in einem Verstärker 19 verstärkt wird. Entsprechend des Leuchtdichteverlaufs vor dem Fototransistor 9 und der Drehrichtung der Scheibe 2 entsteht am Ausgang des Verstärkers 19 ein impulsförmiges Abtastsignal U1, das für eine in Figur 1 mit dem Pfeil R angezeigte Rechtsdrehung der Scheibe 2 im ersten Diagramm der Figur 5a dargestellt ist und für eine Linksdrehung der Scheibe 2 im ersten Diagramm der Figur 5b dargestellt ist. Die einzelnen Abtastimpulse 20 für den Rechtslauf oder 21 für den Linkslauf weisen auf der einen Seite eine steile Flanke 22 und auf der anderen Seite eine gestufte Flanke 23 auf, so daß die Abtastimpulse an ihrem Kopfteil 24 wesentlich schmaler sind als an ihrem Fußteil 25.
• An den Ausgang des Verstärkers 19 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Drehzahlmesser 26 angeschlossen, der aus der Frequenz der Abtastimpulse die Drehzahl bildet und diese beispielsweise an eine Anzeigeeinrichtung 27 weiterleitet.
• Außerdem ist an den Ausgang des Verstärkers 19 ein Schwellwertschalter 28 angeschlossen, der beim überschreiten einer im Bereich des Kopfteiles 24 der Abtastimpulse liegenden Eingangsspannung U51 einschaltbar ist, so daß er an seinem Ausgang 29 eine Ausgangsspannung U2 definierter Höhe erzeugt, und der beim Unterschreiten einer im Bereich des Fußteils 25 der Abtastimpulse liegenden Eingangsspannung U52 aus seinem Einschaltzustand ausschaltbar ist.
• Dadurch entsteht am Ausgang 29 des Schwellwertschalters 28 für jeden Abtastimpuls ein Ausgangsimpuls, konstanter Impulshöhe, dessen Impulsbreite T1 (Figur 5a) bzw. T2 (Figur 5b) vom zeitlichen Abstand der von einem Abtastimpuls ausgelösten Schaltspannungen Usi und U52 gebildet wird. Beim Rechtslauf wird der Schwellwertschalter 28- von den steilen Flanken 22 eingeschaltet und vom Fußteil der gestuften Flanke 23 ausgeschaltet, so daß beim Rechtslauf der Scheibe 2 am Ausgang des Schwellwertschalters 28 verhältnismässig breite Impulse 30 als Ausgangssignal entstehen. Beim Linkslauf der Scheibe 2 dagegen wird der Schwellwertschalter 28 vom Kopfteil der gestuften Flanke 23 der Abtastimpulse 21 eingeschaltet und von der steilen Flanke 22 ausgeschaltet, so daß am Ausgang 29 des Schwellwertschalters 28 verhältnisinäßig schmale Impulse 31 als Ausgangssignal für den Linkslauf entstehen.
• Die Ausgangssignale 30 oder 31 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Integrationsschaltung 32 zugeführt, die aus den Ausgangssignalen der Schwellwertschaltung an ihren beiden Ausgängen 33 und 34 drehzahlunabhängige Kennungssignale UR für den RechtsLauf und UL für den Linkslauf erzeugt. Diese beiden Ausgangssignale steuern beispielsweise eine weitere Anzeigeeinrichtung 35.

Claims (7)

2. Patentansprüche 01 Bewegungsrichtungsgeber für ein antreibbares mechanisches Element mit einem an dem mechanischen Element angebrachten Impulsgeber, einer Impulsabtasteinrichtung und einer Impulsauswertschaltung, d a d u r c h gek e n n z ei c h ne t, daß die nach der einen Bewegungsrichtung (R) hinweisende erste Flanke (22) der Impulse des Impulsgebers (2) steil ausgebiLdet ist und die nach der anderen Bewegungsrichtung weisende zweite Impulsflanke (23) am Fußteil (25) des Impulses wesentlich weiter von der ersten Impulsflanke des Impulses entfernt ist als am Kopfteil (24) des Impulses und daß die der Impulsabtasteinrichtung (7) nachgeschaltete Impulsauswertschaltung (11) bei einem der Breite (T1) des Fußteils der Impulse des Impulsgebers entsprechenden Impuls-/Pause-Verhältnis ein erstes Ausgangssignal (UR) erzeugt und bei einem der Breite (T2) des Kopfteils dieses Impulses entsprechenden Impuls-/Pause-Verhältnis ein zweites Ausgangssignal (UL) erzeugt 2. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Impulsauswertschaltung (11) einen Hysteresis-Schwellwertschalter (28) enthält, der bei überschreiten eines im Bereich des Kopfteils (24) der abgetasteten Impulse (20, 21) liegenden ersten Schwellwertes (U zu einschaltbar und bei überschreiten eines im Bereich des Fußteils (25) der abgetasteten Impulse liegenden zweiten Schwellwertes (Us2) ausschaltbar ist.
3. 3. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine dem Hysteresisschwellwertschalter (28) nachgeschaltete Integrationsschaltung (32), die die Ausgangssignale (30, 31) des Hysteresisschwellwertschalters integriert und für die beiden gewinnbaren Integrationswerte (U21, U22) je ein Ausgangssignale (URÆ UL) erzeugt.
4. 4. Bewegungsrichtungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Impulsgeber ein am antreibbaren mechanischen Element (1) angebrachte Rasterskala (3) mit abtastbaren Rasterelementen (4, 14) ist
5. 5. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 4, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine auf einer drehbaren Achse angebrachte Scheibe (2) mit abtastbaren Rasterelementen (4, 14).
6. 6. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h gek e n n z ei c h ne t, daß die Rasterelemente (4) auf der nach der einen Bewegungsrichtung (R) weisenden Seite in ihrer abtastbaren Intensität (18) wenigstens einmal gestuft sind (12,13).
7. 7. Bewegungsrichtungsgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rasterskala eine von einer Lichtquelle durchleuchtbare Platte (3) ist, auf der die Rasterelemente Elemente (13, 14) einer gegenüber der Lichtdurchlässigkeit der Platte wesentlich abweichenden Lichtdurchlässigkeit sind, und daß die Impulsabtasteinrichtung (7) ein optoelektrischer Wandler (9) ist