DE9115394U1

DE9115394U1 - Analoge Anzeigeanordnung mit Schrittmotor und Kalibrierschaltung

Info

Publication number: DE9115394U1
Application number: DE9115394U
Authority: DE
Original assignee: BORG INSTRUMENTS VERWALTUNG-GMBH 7537 REMCHINGEN DE
Current assignee: BORG INSTRUMENTS VERWALTUNG-GMBH 7537 REMCHINGEN DE
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2001-12-13

Description

BGm 10 DE
Fg/He

BORG INSTRUMENTS VERWALTUNG-GMBH, D-7537 Remchingen 1

Analoge Anzeigeanordnung mit Schrittmotor und Kalibrierschaltung

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE 29 46 328 bekannt. Zur Synchronisation einer Zeigerstellung mit einem Zähler, dessen Zählinhalt vom Zeiger als Winkelstellung angegeben werden soll, ist dort vorgesehen, den Zeiger in die Nullstellung zurückzudrehen und dort mechanisch zu arretieren, bis auch der Zähler in die Nullstellung zurückgezählt hat; ein Vorgang, der jedesmal bei Inbetriebnahme der Schaltung ausgelöst werden kann, aber auch beispielsweise beim Durchgang des Zeigers durch eine vorbestimmte Skalenposition. Nachteilig bei dieser Lösung ist nicht nur die mechanische Beanspruchung des Zeigerantriebs in der Nullstellungs-Arretierung, bis der Zähler ebenfalls die Nullstellung erreicht hat, sondern vor allem auch, daß der Kalibrier-Vorgang nur dann zur angestrebten Synchronisation führt, wenn der Zeiger keinen Nachgang gegenüber dem Zähler aufweist. Denn in letzterem Falle würde der Zeiger bereits vor Erreichen der Nullstellung stillgesetzt werden, sobald der Zähler die Nullstellung erreicht hat, was im darauffolgenden Anzeigezyklus eine Fehlanzeige 0 bewirkt.

Insbesondere bezieht die erfindungsgemäße Anordnung sich aber auf einen Miniatur-Schrittmotor der Art, wie er in der US-PS 4,371,821

beschrieben ist. Dieser zeichnet sich dadurch aus, daß er aufgrund einer phasenversetzten Amplitudenmuster-Ansteuerung zweier auf einen gemeinsamen Rotor wirkender Statorspulen in beiden Drehrichtungen gleichermaßen kleine Drehschritte realisieren läßt, mit gesteuerten Mikroschritten beim Übergang zwischen benachbarten stationären Drehschritten. Das ermöglicht eine kinematisch optimale Bewegung eines über ein Untersetzungs-Getriebe von diesem Rotor verschwenkbaren Zeigers, der in der praktischen Realisierung jenes Schrittmotors pro Vollschritt des Rotors z. B. um nur ein Grad verschwenkt wird. Zur Ausnutzung der hohen Ansprechempfindlichkeit und Anzeigeauflösung ist eine besonders schnelle und genaue Kalibrierung anzustreben, wie sie mit bloßem Rückwärtszählen in eine mechanisch arretierte Anfangsstellung nach der gattungsbildenden Vorveröffentlichung nicht erreicht wird.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte Anordnung gattungsgemäßer Art für schnellere und sicherere Kalibrierung auszulegen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Anordnung gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgestaltet ist.

Dieser Lösung wird das Kalibriersignal bei der Reset-Bewegung des Zeigers schon in einer definierten Stellung vor Erreichen der Anfangsstellung ausgelöst. Für den verbleibenden Drehweg in die eigentliche Anfangsstellung erfolgt die Zeiger-Rückbewegung nicht mehr aus dem Prozessor für die Signal-Meßverarbeitung, sondern aus einer schnellen Logikschaltung, die in die Treiberschaltung für die Motoransteuerung integriert ist und die verbleibenden Rückwärtsschritte ab Ansprechen des Positionssensors bis zum tatsächlichen Erreichen der Zeiger-Anfangsstellung vollzieht. Diese Zeigerstellungs-Abfrage und -Feinkorrektur aus der Motor-Treiberschaltung heraus auf Basis des vorge-

gebenen, nun noch zu kompensierenden Fehlwinkels zwischen dem Ansprechen des Positionssensors und dem tatsächlichen Erreichen der Anfangsstellung ist ebenso genau aber wesentlich rascher realisierbar, als eine übliche Ansteuerung des Schrittmotors nach Maßgabe einer Eingangsgröße am Signalprozessor. Auch bedarf es nur geringen schaltungstechnischen Zusatzaufwandes, die Kalibrierfunktion innerhalb der Treiberschaltung durch bloße zusätzliche Gatter zu realisieren.

So kann für sehr präzise Anzeige auch kleiner Meßgrößen ein genau kalibriertes Schrittmotor-Zeigerinstrument eingesetzt werden, mit den bekannten Vorteilen, (entgegen beispielsweise einer Drehspul-Zeigeranzeige) mit meßwertunabhänig konstantem Drehmoment für das Bewegen und Halten der Zeigerstellung arbeiten zu können, während andererseits kein Drehmoment verbraucht wird für eine Zeiger-Winkelmessung mittels eines gesonderten Drehstellungssensors. Auch ist der große schaltungstechnische Aufwand vermieden, mit dem sich eine Rotorstellung aus der aktuellen Statoransteuerung meßtechnisch erfassen ließe.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark vereinfacht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt als einpoliges Blockschaltbild eine aus einem Winkelstellungs-Positionsgeber initiierbare Treiberschaltung.

Die in der Zeichnung skizzierte analoge Anzeigeanordnung 11 weist einen längs einer Skala 12 sich bewegenden Zeiger 13 auf. Dieser wird von einer Welle 14 getragen, die über ein Untersetzungs-Getriebe 15 mittels eines Schrittmotors 16 in beiden Drehrichtungen verschwenkbar ist. Die Drehgeschwindigkeit wird über die Pulsfolgefrequenz eines Taktgenerators 17 vorgegeben. Die momentan eingenomme Drehschrittstellung und damit die momentane Winkelstellung des Zeigers 13 ergibt

sich beim dargestellten Schrittmotor 16 aus der phasenverschobenen Ansteuerung zweier Statorspulen 18 mit unterschiedlichen Spannungsamplituden. Das die jeweilige Winkelstellung definierende Amplitudenmuster wird aus einem Mustergenerator 19 nach Maßgabe der momentanen Ansteuerung aus einem Meßwandler 20 vorgegeben, bei dem es sich beispielsweise um einen Analog-Digital-Wandler für eine mittels der Anzeigeanordnung 11 darzustellende analoge Eingangsgröße 21 handeln kann, wenn nicht die analog anzuzeigende Information schon unmittelbar digital vorliegt.

Um eine Übereinstimmung der analogen Anzeige vor der Skala 12 mit der Steuerungsvorgabe aus dem Meßwandler 20 sicherzustellen, wird bei Erreichen einer bestimmten Referenzstellung des Zeigers 13 ein Kalibriersignal 22 in eine Treiberschaltung 23 eingespeist. Dieses KaIibriersignal 22 wird zweckmäßigerweise aber nicht während des laufenden Meßbetriebes generiert, sondern nur auf Anforderung aus einem Reset-Geber 24, beispielsweise automatisch zu Betriebsbeginn oder auf manuelle Auslösung eines Funktions-Prüfvorganges. Das dadurch erzeugte Resetsignal 25 setzt den Meßwandler 20 in die Nullstellung, so daß der Schrittmotor 16 über den Mustergenerator 19 zur Bewegung des Zeigers 13 in Richtung auf die Skalen-Anfangsstellung 26 angesteuert wird. Schon bevor diese erreicht ist, aktiviert jedoch ein, vorzugsweise über die Welle 14 drehstarr mit dem Zeiger 13 verbundener, Auslösearm 27 einen ortsfest bezüglich der Skala 12 angeordneten Positionssensor 28 zum Auslösen des Kalibriersignals 22. Das kann dadurch erfolgen, daß ein optronischer Empfänger 29 gegenüber Einstrahlung abgeschattet wird, oder aber nach Art einer Reflex-Lichtschranke Strahlung von einem Sender 30 empfängt, die in der Referenzstellung vom Auslösearm 27 reflektiert wird. Der ist zweckmäßigerweise um einen festen Winkel gegenüber dem Zeiger 13 verschwenkt, um den Positionssensor 28 außerhalb des Motor- und Getriebebereiches installieren zu können.

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Das vom Auslösearm 27 initiierte Kalibriersignal 22 bei der Rückwärtsbewegung des Zeigers 13 in Richtung auf seine Anfangsstellung 26 wird in einer Kalibrierschaltung 31 zunächst von einem Komparator 32 abgefragt, um Störauslösungen infolge kleinerer und kürzerer Störspannungsspitzen zu unterdrücken, der ein UND-Gatter 33 ansteuert. Dieses wird außerdem von dem Resetsignal 25 beaufschlagt, sowie von einem Rücklauf-Signal 34, um sicherzustellen, daß das Kalibriersignal 22 nicht ausgelöst wird, wenn bei einer Anzeigebewegung des Zeigers 31 aus seiner Anfangsstellung 26 heraus der Positionssensor 28 angeregt wird.

Beim Kalibriervorgang, also beim Rückdrehen des Zeigers 13 in seine Anfangsstellung unter gleichzeitiger Rücksetzung des Meßwandlers 20, erscheint das Kalibriersignal 22 bereits in definierter Winkelstellung vor tatsächlichem Erreichen der Anfangsstellung 26. Eindeutige Referenz- oder Anfangsverhältnisse werden dann dadurch hergestellt, daß der Zeiger 13 bei Erscheinen des Kalibriersignales 22 noch um die Anzahl von Schritten weiter zurückgedreht wird, die dem konstruktiv vorgegebenen Ansprechwinkel des Positionssensors 28 gegenüber der tatsächlichen Zeiger-Anfangsstellung 26 entsprechen. Diese demzufolge konstruktiv vorbestimmte verbleibende Schrittanzahl kann aus einem Restschrittgeber 35 abgerufen werden; oder es wird der Motor 16 so lange zurückgesteuert, bis das Stator-Amplitudenmuster erscheint, das der vorgegebenen Anfangsstellung 26 entspricht. Einfacher und funktionssicherer noch kann es sein, den Mustergenerator 19 bei Ansprechen des UND-Gatters 33 auf dasjenige Spannungsmuster für die Statorspulen 18 zu setzen, das dem Ansprechwinkel entspricht, und den Motor 16 um die dem Restwinkel entsprechende Schrittzahl weiter zurückzusteuern. Bei Erscheinen des Spannungsmusters für die Anfangsstellung 26 verschwindet dann ein vom Mustergenerator 19 bis dahin ausgegebenes Betriebssignal 36, mit der Folge, daß die UND-Bedingung des Gatters 33 erlöscht und z. B. die Auslösung des Reset-Gebers 24 über ein Rücksetzsignal 37 wieder aufgehoben wird.

Jetzt sind definierte Anfangsbedingungen sowohl seitens der Ansteuerung (Meßwandler 20/Mustergenerator 19) wie auch koordiniert damit seitens der Anzeigeanordnung 11 (Zeiger 13 in Anfangsstellung 26) sichergestellt, so daß die Bewegung des Zeigers 13 in eine Anzeigestellung vor der Skala 12 gemäß der künftig erscheinenden Eingangsgröße 21 gewährleistet ist.

Lediglich vorsorglich ist der Positionssensor 28 noch mit einem mechanischen Anschlag 38 für den Auslösearm 27 ausgestattet, um die Rückwärtsbewegung des Zeigers 13 beim Kalibriervorgang mechanisch (alsbald nach Unterschreiten der Anfangsstellung 26) zu begrenzen, wenn aufgrund irgendeiner Störung das Kalibriersignal 22 nicht ausgelöst werden sollte und außerdem eine grobe Verstimmung zwischen der momentanen Winkelstellung des Zeigers 13 und dem Amplitudenmuster der Motoransteuerung aus dem Mustergenerator 19 vorliegen sollte, etwa aufgrund einer zurückliegenden mechanischen Störung, die zu einem Verdrehen des Rotors aus der Position der tatsächlichen elektrischen Ansteuerung heraus geführt hatte. Mit Aktivieren des Reset-Gebers 24 wird deshalb zweckmäßigerweise zunächst eine Vorwärtsbewegung des Zeigers 13 ausgelöst, um danach im Rücklauf das Kalibriersignal 22 auszulösen.

Während der Meßwandler 20, gegebenfalls auch der Taktgenerator 17, der Reset-Geber 24 und jedenfalls der Mustergenerator 19, im Rahmen eines Signalprozessors 39 realisiert ist, wird die Funktion der Kalibrierschaltung 31 vorteilhaft außerhalb des Prozessors 39 als schnelle Logikschaltung realisiert, um den Kalibriervorgang der Anzeigeanordnung 11 unabhängig von der relativ langsamen Arbeitsweise des Prozessors 39 zeitlich optimieren zu können.

Claims

Ansprüche

1. Analoge Anzeigeanordnung (11) mit Kalibrierschaltung (31) für eine getrieblich an einen Zweirichtungs-Schrittmotor (16) gekoppelte Zeiger-Welle (14), deren Drehwinkel einer Eingangsgröße (21) folgt, und mit einer Motor-Treiberschaltung (23), die die Welle (14) auf ein Reset-Signal (25) hin in eine Zeiger-Anfangsstellung (26) zurückdreht ,

dadurch gekennzeichnet,

daß bei Erreichen einer definierten Winkelstellung des Zeigers (13) vor dessen Anfangsstellung (26) von einem Positionssensor (28) ein Kalibriersignal (22) ausgelöst und der Zeiger (13) dann um den vorgegebenen Restwinkel ab Ansprechen des Positionssensors (28) bis zur Anfangsstellung (26) weitergedreht wird.

2. Anzeigeanordnung nach Anspruch I₁
dadurch gekennzeichnet,

daß das Kalibriersignal (22) von einem Auslösearm (27) initiiert wird, der drehstarr bezüglich des Zeigers (13) aber diesem gegenüber winkelmäßig versetzt auf der Welle (14) angeordnet ist.

3. Anzeigeanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Kalibriersignal (22) von einem optronischen Empfänger (29) ausgelöst wird.

4. Anzeigeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

Auslösung des Kalibriersignales (22) von einer Reflex-Lichtschranke.
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5. Anzeigeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

einen Komperator (32) für das Kalibriersignal (22) .

6. Anzeigeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

Durchsteuern eines Gatters (33) bei Vorliegen eines Rücklauf-Signales (34) für den Betrieb des Schrittmotors (16) und eines Reset-Signales (25) bei Erscheinen des Kalibriersignales (22).

7. Anzeigeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

Setzen eines Mustergenerators (19) für einen Zweispulen-Schrittmotor (16) auf ein der Ansprech-Winkelstellung des Positionssensors (28) entsprechendes Spannungsmuster bei Erscheinen des Kalibriersignales (22) .

8. Anzeigeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

eine Restschritt-Vorgabe bei Erscheinen des Kalibriersignales (22).

9. Anzeigeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Positionssensor (28) mit einem gegenüber der Ansprechstellung versetzten mechanischen Rücklauf-Anschlag (38) ausgestattet ist.

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