DE3729949A1 - Rotary position transducer with pulsed wire sensors - Google Patents

Rotary position transducer with pulsed wire sensors

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Abstract

The odd-numbered and the even-numbered sensors (S1, S3..., S2, S4...) are led to a respectively common resetting device (RÜA, RÜB) and their respective output pulses (TAA, TAB) are led in a counting fashion which detects the direction of rotation to a counter (Z) as well as, in a resetting fashion, via in each case a diode (DIA, DIB) to the even-numbered or odd-numbered sensors (S1-S6), respectively, with the result that the counting sequence and the counter reading of the counter (Z) represent a measure of the direction of rotation, the rotary position and/or the rotational speed of a sensor wheel (GR) fitted with a setting magnet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber mit Impulsdraht- Sensoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an encoder with pulse wire Sensors according to the preamble of claim 1.

Es sind aus einer Druckschrift der VAC Drehgeber mit gerätefesten Impulsdraht-Sensoren sowie diesen zugeordneten, mit mehreren abwechselnd angeordneten Setz- und Rücksetzmagneten bestückten Geberrädern bekannt. Bei diesen Drehgebern kann aus der Zeitfolge der beim Setzen der Impulsdraht-Sensoren durch die Setzmagnete erzeugten Spannungsimpulse die Drehzahl bzw. der Drehwinkel des Geberrades und die Reihenfolge der Impulse als Kennzeichen für die Drehrichtung des Geberrades erfaßt werden. Zum Rücksetzen der Sensoren müssen am Geberrad zwischen den Setzmagneten wie gesagt die Rücksetzmagneten mit entgegengesetzter Polrichtung vorgesehen werden, so daß die auf einem Geberrad anbringbare Zahl von die Spannungsimpulse auslösenden Setzmagneten nur die Hälfte der insgesamt anbringbaren Magneten beträgt, was die Zahl der Spannungsimpulse je Umlauf des Geberrades entsprechend einschränkt.They are from a VAC publication with encoders that are fixed to the device Pulse wire sensors and associated with them several alternatingly arranged set and reset magnets equipped donor wheels known. With these encoders can the time sequence of when setting the pulse wire sensors the setting magnets generated voltage pulses the speed or the angle of rotation of the encoder wheel and the sequence of the pulses recorded as an indicator of the direction of rotation of the encoder wheel will. To reset the sensors on the encoder wheel between the set magnet as I said the reset magnet with opposite Pole direction are provided so that the on a Number of encoder wheel that can trigger the voltage impulses Set magnets only half of the total attachable magnets is what the number of voltage pulses per revolution of Restricts the encoder wheel accordingly.

Bei Verwendung mehrerer einem Geberrad ortsfest zugeordneter Impulsdraht-Sensoren können selbst bei exakt in gleichen Abständen verteilten Magneten bei einer Drehrichtungsumkehr ein oder mehrere Setzmagnete bei mindestens einem Impulsdraht ihre Funktion nicht ausüben, wobei dieses Fehlverhalten in beiden Drehrichtungen quantitativ gleich ist. Bei nicht exakt gleich verteilten Magneten sind in beiden Drehrichtungen außerdem zufällige Fehlbetätigungen möglich, die zu einem quantitativ nicht vorhersehbaren Fehler führen. Die Fehlbetätigung bei nicht exakt gleichmäßig verteilt am Geberrad angeordneten Magneten ist dadurch bedingt, daß nicht gleichzeitig mit jedem Setzvorgang ein Rücksetzvorgang und umgekehrt durchgeführt wird. When using several sensors assigned to a fixed location Pulse wire sensors can even at exactly the same intervals distributed magnets when the direction of rotation is reversed several setting magnets work with at least one pulse wire do not exercise, this misconduct in both directions is quantitatively the same. If the distribution is not exactly the same Magnets are also random in both directions Mishandling possible, which does not result in a quantitative predictable errors. The incorrect operation at not magnets evenly distributed on the encoder wheel is due to the fact that not simultaneously with each setting process a reset and vice versa is performed.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne die einer Optimierung des Geberrades entgegenstehenden Rücksetzmagnete auszukommen und eine fehlerlose Steuerung der Sensoren bei Drehrichtungsumkehr sowie eine schnelle Erfassung von Drehrichtungsänderungen, der genauen Winkelstellung und die genaue Zahl der Umläufe des Geberrades auf sichere Weise zu erreichen.The invention is based, without one Optimization of the encoder wheel opposing reset magnets get along and a faultless control of the sensors Reversal of the direction of rotation as well as a quick detection of changes in direction of rotation, the exact angular position and the exact To achieve the number of revolutions of the encoder wheel in a safe way.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruches 1.The problem is solved by the features according to the characterizing part of claim 1.

Durch die den geradzahligen sowie den ungeradzahligen ruhenden Impulsdraht-Sensoren jeweils gemeinsame, Rücksetzimpulse erzeugende Rücksetzeinrichtungen gelingt auf einfache Weise eine Drehrichtungserfassung des Geberrades um wählbare Winkel, eine Drehzahlerfassung pro Zeiteinheit und/oder eine Drehrichtungsumkehr des Geberrades, so daß ein genau arbeitender Drehlagegeber, Drehrichtungsgeber und/oder Drehzahlgeber zur Überwachung von Maschinen zur Verfügung steht.Through the even-numbered and the odd-numbered ones Pulse wire sensors each have common reset pulses Generating reset devices succeed in a simple manner a detection of the direction of rotation of the encoder wheel by selectable angles, a speed detection per unit of time and / or a reversal of the direction of rotation of the encoder wheel, so that a precisely working rotary encoder, Direction of rotation and / or speed sensor for monitoring of machines is available.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.Further developments and advantageous refinements are the subject of further claims.

Ein Ausführungsbeispiel eines Drehgebers nach der Erfindung ist anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:An embodiment of a rotary encoder according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 eine vereinfachte Schaltung und Fig. 1 shows a simplified circuit and

Fig. 2 die Impulsfolge auf den Übertragungswegen A und B. Fig. 2 shows the pulse train on the transmission paths A and B.

Die auf einem Geberrad GR gleichmäßig verteilt angeordneten Setzmagneten M für ortsfest gleichmäßig beabstandete Impulsdraht- Sensoren S 1 bis S 6 von gerader Anzahl sind jeweils abwechselnd mit Verbindungsleitungen A bzw. B verbunden, d. h. die z. B. ungeradzahligen Sensoren S 1, S 3, S 5 sind mit der Leitung A und die geradzahligen Sensoren S 2, S 4, S 6 mit der Leitung B verbunden. The evenly distributed on a sensor wheel GR set magnet M for stationary evenly spaced pulse wire sensors S 1 to S 6 of an even number are alternately connected to connecting lines A and B , ie the z. B. odd-numbered sensors S 1 , S 3 , S 5 are connected to line A and the even-numbered sensors S 2 , S 4 , S 6 are connected to line B.

Über die Leitung A bzw. B gelangen die spitzen Sensorimpulse Ti über Rücksetzeinrichtungen RÜA bzw. RÜB mit einem Hochpaß HPA bzw. HPB, der nur die kurzen Sensorimpulse Ti auf einen Impulsformer IFA bzw. IFB weiterleitet, wo sie zu rechteckförmigen Eingangsimpulsen TE bestimmter Form, Polarität und Dauer umgewandelt auf Univibratoren UTA bzw. UTB gelangen und dort längere rechteckförmige invertierte Ausgangsimpulse TAA bzw. TAB auslösen, die über Rücksetzleitungen A′ bzw. B′ und Dioden DIA bzw. DIB auf die betreffenden Sensoren zurückgeführt werden, dagegen wegen der sie abblockenden Hochpässe HPA, HPB nicht auf die Impulsformer IFA bzw. IFB gelangen, so daß die Univibratoren UTA bzw. UTB nach einer einstellbaren Zeit wieder in ihren Ausgangszustand zurückschalten. Außerdem werden die Ausgangsimpulse über Zählleitungen A″, B″ auf ein ODER-Gatter OD und von diesem über ein Verzögerungsglied VG auf den Zählereingang CP eines Impuls-Zählers Z einer Zählschaltung ZS gegeben und außerdem über Steuerleitungen A‴, B‴ auf Setz- und Rücksetzeingänge von RS-Kippglieder RSA bzw. RSB sowie auf C-Eingänge von IK-Kippgliedern IKA bzw. IKB geführt, deren IK-Eingänge jeweils mit dem Q-Ausgang des zugehörigen RS-Kippgliedes verbunden sind. Die Q-Ausgänge der IK-Kippglieder IKA und IKB sind auf ein EXOR-Gatter EXO geführt, das mit seinem Ausgang auf den nur die Zählrichtung beeinflussenden UP/- Eingang des Zählers Z verbunden ist. Durch die besagten Dioden DIA und DIB sind die Zähl- und Steuerleitungen der Zählschaltung ZS gegen die Sensorimpulse abgeblockt.The sharp sensor pulses Ti pass via line A or B via reset devices RÜA or RÜB with a high-pass filter HPA or HPB , which only forwards the short sensor pulses Ti to a pulse shaper IFA or IFB , where they form rectangular input pulses TE of a certain shape, Polarity and duration converted to univibrators UTA and UTB arrive and trigger longer rectangular inverted output pulses TAA and TAB , which are fed back via reset lines A ' and B' and diodes DIA and DIB to the sensors in question, on the other hand because of their blocking High passes HPA, HPB do not reach the pulse shapers IFA or IFB , so that the univibrators UTA or UTB switch back to their initial state after an adjustable time. In addition, the output pulses via counter lines A ″, B ″ to an OR gate OD and from this via a delay element VG to the counter input CP of a pulse counter Z of a counter circuit ZS and also via control lines A ‴, B ‴ to set and Reset inputs from RS flip-flops RSA or RSB and to C inputs of IK flip-flops IKA or IKB , whose IK inputs are each connected to the Q output of the associated RS flip-flop. The Q outputs of the IC flip-flops IKA and IKB are routed to an EXOR gate EXO , which has its output connected to the UP / - input of counter Z , which only influences the counting direction. The counting and control lines of the counting circuit ZS are blocked against the sensor pulses by the said diodes DIA and DIB .

Jeder Impuls Ti eines mit der Verbindungsleitung A verbundenen ungeradzahligen Sensor S 1, S 3, S 5, bzw. eines mit der Verbindungsleitung B verbundenen geradzahligen Sensor S 2, S 4, S 6 löst einen auf die mit der jeweils gleichen Leitung A bzw. B verbundenen übrigen Sensoren rückgeführten Rücksetzimpuls TAA bzw. TAB aus. Each pulse Ti of an odd-numbered sensor S 1 , S 3 , S 5 connected to the connecting line A , or of an even-numbered sensor S 2 , S 4 , S 6 connected to the connecting line B , triggers one of those connected to the same line A or B connected other sensors return reset pulse TAA or TAB .

Damit der jeweils soeben gesetzte Sensor nicht durch den von ihm ausgelösten Rücksetzimpuls TA rückgesetzt werden kann, wird das Magnetfeld jedes Setzmagneten so gewählt, daß es für die Dauer des Rücksetzimpulses dessen Einfluß auf den soeben gesetzten Sensor eleminiert, dagegen auf die übrigen Sensoren keinen die Rücksetzung hindernden Einfluß ausüben kann.So that the sensor that has just been set cannot be reset by the reset pulse TA triggered by it, the magnetic field of each setting magnet is selected such that it eliminates its influence on the sensor that has just been set for the duration of the reset pulse, but none on the other sensors does not reset can exert an obstacle.

Die Ausgangsimpulse TAA bzw. TAB dienen außer zur Rücksetzung auch als Zähl- und Steuerimpulse für die Zählschaltung ZS und werden unverzögert auf deren Kippglieder sowie über das ODER-Gatter OD und von diesem durch das Verzögerungsglied VG verzögert auf den Zähleingang CP des Zählers Z gegeben, damit vorher vom EXOR-Gatter EXO ein die Zählrichtung bestimmendes Signal dem UP/DN-Eingang des Zählers Z zugeführt werden kann, wobei die Zählrichtung von der Drehrichtung bzw. einem Drehrichtungswechsel des Geberrades abhängig ist.The output pulses TAA and TAB are used not only for resetting, but also as counting and control pulses for the counter circuit ZS and are transmitted instantaneously to their flip-flops and via the OR gate OD and delayed by this through the delay element VG to the counter input CP of the counter Z , so that a signal determining the counting direction can be fed beforehand from the EXOR gate EXO to the UP / DN input of the counter Z , the counting direction being dependent on the direction of rotation or a change in the direction of rotation of the encoder wheel.

Den RS-Kippgliedern RSA und RSB ist folgende "Wahrheits-Beziehung N " zugeordnetThe RS flip-flops RSA and RSB are assigned the following "truth relationship N "

Die IK-Kippglieder IKA, IKB werden von den zugehörigen jeweiligen Zählimpulsen TA über ihren Takteingang C gesteuert, in dem bei ansteigender Signalflanke die anstehenden Größen in die Kippglieder eingegeben werden, wobei die Ausgänge unverändert sind. Erst mit den abfallenden Signalflanken werden die Ausgänge entsprechend den vorher an die Eingänge I und K gelangenden Signalwerte gesetzt, wobei für einen Taktzyklus 0-1-0 folgende "Wahrheits-Beziehung" der IK-Kippglieder gilt. The IK flip-flops IKA, IKB are controlled by the associated respective counting pulses TA via their clock input C , in which the pending quantities are entered into the flip-flops with a rising signal edge, the outputs being unchanged. Only with the falling signal edges are the outputs set in accordance with the signal values previously reaching inputs I and K , the following "truth relationship" of the IC flip-flops applying to a clock cycle 0-1-0.

Das EXOR-Gatter EXO arbeitet nach der "Wahrheits-Beziehung"The EXOR gate EXO works according to the "truth relationship"

so daß sich die nachfolgend beschriebene Arbeitsweise der Zählschaltung ZS ergibt (angenommener Anfangszustand : Ausgänge Q aller Kippglieder sind 0)so that the mode of operation of the counter circuit ZS described below is obtained (assumed initial state: outputs Q of all flip-flops are 0)

  • a) Erster Sensorimpuls auf Verbindungsleitung A
    Erster Impuls TAA gelangt auf Eingang C von IKA. Der Wert 0 von Ausgang Q von RSA liegt hoch an den Eingängen von IKA und wird übernommen. Der Ausgang Q von RSA wird etwas verzögert auf "1" gesetzt, so daß IKA von diesem Ausgang noch nicht beeinflußt werden kann. IKA beläßt am Ende des genannten Taktzyklus seinen Ausgang entsprechend dem zuvor eingegebenen Wert auf 0. An EXO stehen beide Eingänge auf 0, so daß auch an dessen Ausgang 0 auftritt, und somit Z abwärtszählt, sobald an CP der verzögerte Ausgang von VG ansteht.    a) First sensor pulse on connecting line A
    The first pulse TAA arrives at input C of IKA . The value 0 of output Q of RSA is high at the inputs of IKA and is accepted. The output Q of RSA is set to "1" with a slight delay, so that IKA cannot yet be influenced by this output. IKA leaves at the end of said clock cycle its output corresponding to the previously input value to 0. An EXO are both inputs to 0, so that also occurs at the output of 0, and thus Z counts down once to CP of the delayed output of VG is applied.
  • b) Zweiter Sensorimpuls auf Verbindungsleitung B
    Zweiter Impuls TAB gelangt auf Eingang C von IKB, so daß die anstehenden Werte 0 übernommen werden, ohne daß zunächst eine Änderung am Ausgang Q erfolgt.
    Außerdem wird RSB am Ausgang Q auf "1" und RSA am Eingang R zurückgesetzt, wobei an dessen Ausgang Q der Wert 0 auftritt. Am Impulsende von TAB wirkt der vorher eingegebene Eingangswert auf den Ausgang Q von IKB, so daß Q seinen Wert 0 behält, da an den Eingängen der Wert 0 anlag.
    Da an beiden Eingängen X 1, X 2 von EXO die Werte 0 anliegen, meldet EXO ausgangsseitig den Wert 0 auf dem Eingang UP/DN von Z. Der zweite auf CP von Z gelangende Impuls TAB wird somit wiederum abwärts gezählt.    b) Second sensor pulse on connecting line B
    The second pulse TAB arrives at input C of IKB , so that the pending values 0 are accepted without first making a change at output Q.
    In addition, RSB at output Q is reset to "1" and RSA at input R , with the value 0 occurring at its output Q. At the end of the pulse of TAB, the previously entered input value acts on the Q output of IKB , so that Q retains its value 0 because the value 0 was present at the inputs.
    Since at both inputs X 1, X 2 of EXO abut the values 0, EXO reports on the output side has the value 0 on the input UP / DN of Z. The second pulse TAB reaching CP from Z is thus counted down again.
  • c) Dritter Sensorimpuls ebenfalls auf Verbindungsgleitung B (statt A)
    An den Eingängen von IKB liegt der Wert "1", da RSB vorher "gesetzt" worden war. Der eingegebene Wert "1" in IKB führt am Impulsende ausgangseitig zu dem Wert "1" (da laut "Wahrheits- Beziehung" bei "1" an beiden Eingängen der vorherige Zustand am Ausgang invertiert ansteht.
    An den Eingängen von EXO stehen die Werte 0 und 1, so daß mit dem Ausgangswert 1 an EXO der Zähler Z auf Aufwärtsschalten des auf CP gelangenden Zählimpulses umgeschaltet ist.    c) Third sensor pulse also on connection slide B (instead of A )
    The value "1" is at the inputs of IKB because RSB had previously been "set". The entered value "1" in IKB leads to the value "1" at the end of the pulse (since, according to the "truth relation" at "1", the previous state at the inputs is inverted.
    The values 0 and 1 are at the inputs of EXO , so that with the output value 1 at EXO, the counter Z is switched to upward switching of the counting pulse reaching the CP .

In Fig. 2 sind Zähl-Rücksetz-Steuerimpulse über die Verbindungsleitungen A und B in ihrer gegenseitigen zeitlichen Zuordnung für beide Drehrichtungen (Drehrichtungsumkehr) angedeutet.In FIG. 2, count-reset control pulses via the connecting lines A and B are indicated in their mutual temporal assignment for both directions of rotation (reversal of direction of rotation).

Es ist bei der räumlichen Anordnung der Sensoren S 1 bis S 6, d. h. ihren gegenseitigen Abständen und den Abständen der Setzmagneten sowie dem möglichen Drehzahlbereich des Geberrades und der angestrebten Impulslänge der am Ausgang der Rücksetzeinrichtungen RÜ auftretenden Impulse TAA, TAB zu berücksichtigen, daß bei jeder Umdrehung des Geberrades eine ungestörte Übertragung der von den Setzmagneten ausgelösten Sensorimpulse auf die Rücksetzeinrichtungen gewährleistet ist bei sicherer Rücksetzung der gesetzten Sensoren bis auf den jeweils zuletzt gesetzten Sensor.With the spatial arrangement of the sensors S 1 to S 6 , i.e. their mutual distances and the distances between the setting magnets as well as the possible speed range of the encoder wheel and the desired pulse length of the pulses TAA, TAB occurring at the output of the reset devices RÜ , it must be taken into account that each Rotation of the encoder wheel ensures an undisturbed transmission of the sensor impulses triggered by the setting magnets to the reset devices with a safe reset of the set sensors down to the last set sensor.

Claims (3)

1. Drehgeber mit Impulsdraht-Sensoren in Setzabhängigkeit von einem mit Setzmagneten bestückten Geberrad und Mitteln zum Rücksetzen der jeweils gesetzten Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ungeradzahligen und die jeweils geradzahligen Sensoren (S 1-S 6) über je eine gemeinsame Verbindungsleitung (A, B) auf eine die Sensorimpulse in definierte längere Ausgangsimpulse umwandelnde Rücksetzeinrichtung (RÜA, RÜB) geführt sind und die jeweiligen Ausgangsimpulse (TAA, TAB) beider Rücksetzeinrichtungen ausschließlich rücksetzend auf die jeweils zugehörigen Sensoren (S 1-S 6) gelangen und außerdem nacheinander verzögert dem Zähleingang (CP) des Zählers (Z) einer Zählschaltung (ZS) sowie über drehrichtungserfassende Steuerglieder (RSA, RSB; IKA, IKB; EXO) der Zählschaltung voreilend auf den zählrichtungsbestimmenden Eingang des Zählers geführt sind, dessen Zählfolge und Zählstand von der Drehrichtung, dem Drehwinkel und/oder der Drehgeschwindigkeit bestimmt ist.1. Encoder with pulse wire sensors depending on the setting of a sensor wheel equipped with setting magnet and means for resetting the respectively set sensors, characterized in that the odd-numbered and even-numbered sensors (S 1 - S 6 ) each have a common connecting line (A , B) are guided to a reset device (RÜA, RÜB) converting the sensor pulses into defined longer output pulses and the respective output pulses (TAA, TAB) of both reset devices are only reset to the respective associated sensors (S 1 - S 6 ) and are also delayed one after the other the counter input (CP) of the counter (Z) of a counter circuit (ZS) as well as the control circuit (RSA, RSB; IKA, IKB; EXO) of the counter circuit leading to the input of the counter which determines the direction of counting, the counting sequence and count of the direction of rotation, the angle of rotation and / or the speed of rotation is determined. 2. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksetzeinrichtung (RÜA, RÜB) auf einem nur die Sensorimpulse (Ti) durchlassenden Hochpaß (HPA, HPB), einem nachgeordneten Impulsformer (IPA, IPB) zur Umformung der Sensorimpulse in Rechteckimpulse sowie einem Univibrator (UTA, UTB) zur Erzeugung verlängerter rechteckförmiger Ausgangsimpulse (TAA, TAB) sowie einer die Zählschaltung (ZS) gegen die Verbindungsleitung (A, B) sperrenden Diode (DIA, DIB) in einer Rücksetzleitung (A′, B′) gebildet ist. 2. Encoder according to claim 1, characterized in that the reset device (RÜA, RÜB) on a high pass filter (HPA, HPB) only passing the sensor pulses ( Ti ) , a downstream pulse shaper (IPA, IPB) for converting the sensor pulses into rectangular pulses and one Univibrator (UTA, UTB) for generating extended rectangular output pulses (TAA, TAB) and a diode (DIA, DIB) blocking the counter circuit (ZS) against the connecting line (A, B ) is formed in a reset line (A ′, B ′) . 3. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse (TAA, TAB) jeweils über eine Zählleitung (A″, B″) und über jeweils eine Steuerleitung (A‴, B‴) auf die Setz- und Rücksetzeingänge von RS-Kippgliedern (RSA, RSB) sowie die C-Eingänge von IK-Kippgliedern (IKA, IKB) geführt sind und die Ausgänge (Q) der RS-Kippglieder mit den IK-Eingängen der jeweils zugeordneten IK-Kippglieder verbunden sind und daß die Q-Ausgänge auf die Eingänge (X 1, X 2) eines EXOR-Gliedes (EXO) geführt sind, das den Zählrichtungseingang des Zählers (Z) steuert.3. Encoder according to claim 1, characterized in that the output pulses (TAA, TAB) each via a counting line (A ″, B ″) and via a control line (A ‴, B ‴) to the set and reset inputs of RS - Flip-flops (RSA, RSB) and the C inputs of IK flip-flops (IKA, IKB) are guided and the outputs (Q) of the RS flip-flops are connected to the IK inputs of the associated IK flip-flops and that the Q - Outputs are led to the inputs (X 1 , X 2 ) of an EXOR element (EXO) , which controls the counting direction input of the counter (Z) .
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