EP0939380A1 - Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerk - Google Patents

Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerk Download PDF

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EP0939380A1
EP0939380A1 EP99103137A EP99103137A EP0939380A1 EP 0939380 A1 EP0939380 A1 EP 0939380A1 EP 99103137 A EP99103137 A EP 99103137A EP 99103137 A EP99103137 A EP 99103137A EP 0939380 A1 EP0939380 A1 EP 0939380A1
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EP
European Patent Office
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light
roll
roller
rollers
light barriers
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Application number
EP99103137A
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English (en)
French (fr)
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EP0939380B1 (de
Inventor
Roland Dipl.-Phys. Eth Mettler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MR Engineering AG
Original Assignee
MR Engineering AG
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Publication date
Application filed by MR Engineering AG filed Critical MR Engineering AG
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06M—COUNTING MECHANISMS; COUNTING OF OBJECTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06M1/00—Design features of general application
    • G06M1/27—Design features of general application for representing the result of count in the form of electric signals, e.g. by sensing markings on the counter drum
    • G06M1/272—Design features of general application for representing the result of count in the form of electric signals, e.g. by sensing markings on the counter drum using photoelectric means

Definitions

  • the present invention relates to a device for Reading the position of number rolls of a roll counter with shift pinions on an axis within the circumference of the Number rolls, by means of which the low-order Number roll at the end of a full turn the higher order Number roll rotates by one digit or a division of a scale,
  • Different types of measuring devices are known, in which the measured size with a mechanical roller counter is summed up and displayed.
  • Volumetric instruments for gas and water or mechanical Electricity meter in which the measured volume respectively the measured energy with a device adapted mechanical reduction on a roller counter is transmitted.
  • the roller counter shows the since last zero position or the one since commissioning measured amount of. To determine consumption during The status of the roll counter becomes a certain period read at the beginning and end of this period.
  • a widespread version for the roller counter consists of an axis on which the number rollers can be rotated and the numbers 0 to 9 are applied to their scope are, as well as from a second, outside the number roles lying axis with shifting pinions rotatable thereon, that the least significant number roll in the last tenth one revolution using indexing teeth over the assigned one Shift pinion the next higher role by one Tenths of a revolution.
  • the switching pinions an axis attached within the circumference of the number rollers.
  • Such a roll counter is e.g. known from US 4,031,386.
  • the present invention is based on the task Basically, a readout device for a roller counter with mounted on an axis within the number rollers To create shift pinions, which with simple means a high resolution when scanning a counter roller position and which are independent of the drive of the roller counter works and does not influence it in any way.
  • the reading device is characterized by this from that the display status of a mechanical roller counter with internal shift pinions by means of radially arranged Non-contact and load-free photoelectric sensors, read out becomes.
  • the number rolls have translucent and opaque code segments, by means of which together with the light barriers information regarding the position of the individual number roles can be determined.
  • the light barriers are arranged radially on a semicircle and consist of an internal central for each number roll arranged optoelectronic element and several peripherally semicircular elements.
  • the internal can be central arranged opto-element for example with a star-shaped Multiple prism surrounded.
  • the peripheral elements are as glass-like light guides trained and serve as an optical signal conductor between the Roll counter and - via further optoelectronic elements - the signal inputs of a microprocessor.
  • the gray code is used for the readout position. With the Gray code will only move from one position to another changed a single bit of binary information.
  • FIG. 1 shows a carrier drum 11 on which seen right to left, a first number roll 21 and another five number rollers 25 are rotatably applied.
  • the first number roll 21 the second, fourth and sixth number rolls 25 on average and the third and fifth number roll 25 shown in the external view.
  • On an outer transparent body 24 or 27 of the Number rollers 21, 25 are numerals 28 of 0 on the peripheral surface applied to 9.
  • the first number roller 21 has one inner non-transparent body 23 and the others Number rolls 25 each have an inner, non-transparent one Body 26 on.
  • At 29 and 30 are translucent or opaque code segments indicated.
  • At 22 she is Internal teeth of the first number roller 21 designated.
  • the Carrier drum 11 is with a right mounting axis 12th and with a left mounting axis 13 in one counter housing shown attached.
  • the inner optocouple unit 41 will be in a next one Illustration (Fig.2) explained in more detail.
  • the inner one Optocouple unit 41 further comprises a printed circuit 42, on which the number rollers 21, 25 per Number roll a semiconductor optocouple 43 and an optical Multiple prism 44 is applied.
  • an outer printed circuit 51 which five semiconductor opto elements 52, five arranged one behind the other Optical fibers 53 to 57 and a microprocessor 58.
  • This circuit is via electrical connections 59 to Example wires, with the inner optocouple unit 41 connected.
  • the semiconductor optic elements 52 can be used as Light receiver and the inner opto-element units 41 each by means of a semiconductor opto element 43 as a light emitter (LED).
  • LED light emitter
  • FIG. 2 shows a view into the interior of a number roll 25 in the axial direction with the associated outer Elements and other, not fully visible in Fig. 1, Details.
  • the printed one Circuit 42 a semiconductor opto element 43 in the form of a LED, which serves as a light emitter and which when Reading the number roll 21, 25 is activated briefly.
  • the Semiconductor opto element 43 is in the center of the optical Multiple prism 44 arranged.
  • the star-shaped multiple prism 44 has a serrated outer contour, for example four designed as a prism with internal double reflection Teeth. The purpose of this multiple prism 44 is the light of the semiconductor opto element 43 into individual Split and focus light rays.
  • the Translucency of a code segment 29 is advantageous limited to light with a defined wavelength.
  • Such Light can be light invisible to the eye, for example Be infrared light. Focused light rays hit the Reading process in the area of translucent code segments 29 on, with the multiple prism 44 in the same division arranged, light guide 53 to 57.
  • the number roll 21 or 25 are the light rays for the Light guides 57, 55 and 56 through opaque Code segments 30 interrupted and for the light guides 53 and 54 visible through the translucent code segment 29.
  • the visible light rays are transmitted through the light guides 53, 54 about internal reflection at the angled point assigned optical trained as a light receiver Semiconductor element 52 supplied.
  • This number roll 21 or 25 will be over one, later described, evaluation formed a five-digit binary number. If a light transmission is logical "1" and a light block Defined as logical "0", this results in the readout moment the five-digit binary number 00110.
  • FIG. 3 shows the basic circuit diagram of the optoelectronic Elements (light emitters) 43 and 52 (light receiver) with the Microprocessor 58, as well as the light-guiding elements Learnfaprisma 44 and light guide 53 to 57.
  • the Dash-dotted lines are the light or data paths shown.
  • Each individual light or data path can be in the Design according to the invention as a one-way light barrier be designated.
  • the one shown in this example Accordingly, with six number rolls, the facility comprises 21 25 and five optical scanning points per number roll 21, 25 thirty one-way light barriers.
  • the number roll 21, 25 five Reading points are within a semicircle regular division arranged.
  • the pitch angle is in the example shown 36 °, but can also have other values, or have a multiple of 36 °. As well the division could also be irregular.
  • FIG. 7 shows a three-dimensional representation of the Reading device according to the invention for a roller counter. It can be seen here that each of the five optical Scanning positions of each individual number roll 21, 25 over the Light guides 53 to 57 to one, each scan position assigned, light receiver 52 leads.
  • Solid light is shone through one or more of the Light guides 53-57 to one or more light receivers 52 headed.
  • a receiver 52 generates at the corresponding input a logic "1" of the microprocessor 58 when light is received.
  • the position of each individual becomes a readout sequence Number roll 21, 25 with a five-digit binary information in Gray code shown.
  • the readout resolution per number roll 21, 25 is not limited to the division of ten shown. With the device according to the invention, a Number roll 21, 25 thirty different positions logically To be defined. With corresponding effort in terms of number Photoelectric sensors and code segments 29, 30 can, if required, even greater readout resolution achieved become.
  • the five light barriers per shown as an example Number roll 21, 25 result in a full rotation of 360 ° thirty different codes as a binary number.
  • an optical receiver 43 photo transistor attached over which the multiple prism 44 is located, the latter being radially through the number roller 21, 25 in five defined directions of light falling on the optical receiver 43 conducts and the five defined radial directions of incidence between two directions one each Include an angle of 36 °.
  • the number rollers 21, 25 are there advantageously designed so that the width of the number rolls on the right-hand side, where within the number roll 21, 25 the internal toothing 33 for driving the number rollers 21, 25 through the switching pinion 31, the numbers 28 outside from 0 to 9 are applied, and that is on the left Page next to the numbers 28 the six permeable respectively opaque code segments 29, 30 are located with a impervious segment in the area where the two Teeth 32 for advancing the shift pinion 31 after one full rotation of the number roller 21, 25 are.
  • the other advantageous embodiment of the shown in the drawings Invention has, as taken from the figure descriptions can be within the number roles per number role Light-emitting element 43 and outside the number rollers 21, 25 a total of five optical receivers 52 on the peripheral printed circuit 51.
  • the number rollers 21, 25 can be in two operations manufactured plastic injection molded part to be formed in which is the inner part of one for the light used impermeable material (e.g. black colored Plastic) is made where the inner part of the Gears 32, 33 and the guide for centering on the Carrier drum 11 includes, and which on the left in 3 segments is divided, which together with their Spaces between the six code segments 29 described above, 30 form, and from one for the light used transparent material, from which an outer ring is injected, for example from white unfilled plastic when using infrared light elements.
  • Numbers 28 on the number rollers 21, 25 can be printed on or hot stamping are applied to the outer circumference, whereby care should be taken that the numbers 28 the code segments 29, 30 do not cover.
  • the light guide elements 53-57 can in a known manner as transparent elements with total reflection surfaces or with outer mirror reflection surfaces.
  • An advantageous variant for those outside the number rolls 21, 25 located optical elements includes a printed Circuit 51, on which in addition to five opto-elements 52 for the Generation of the five signals per number roll 21, 25 also one Microprocessor 58 with the necessary additional elements for the Control and evaluation of the optoelectronic elements and the connections for a data transmission interface is applied.
  • Five plastic light guides 35-57 with one the number corresponding to the number rolls 21, 25 Light guide arms receive the light from all number rolls 21, 25 on an optocouple 43 in the variant where the outer optocouples 52 receivers, for example Photo transistors are, or distribute the light all six number rollers 21, 25, where the outer opto-elements Emitters, for example light emitting diodes, are.
  • the five Optocouples 52 on the outer printed circuit 51 and the five plastic light guides 53-57 are designed in such a way that the light received or emitted by them each in the area of code segments 29, 30 on the axis of rotation the number roller 21, 25 is directed and the five directions include an angle of 36 °.
  • the five one-way light barriers give the following 30 codes as a binary number with one full rotation of a number roller 21, 25 by 360 °: Angle of rotation Displayed number Code (as a binary number) 0 ° 0 0 0 1 1 0 12 ° 0 0 0 1 1 1 24 ° 0 1 0 1 1 1 1 36 ° 1 1 0 0 1 1 48 ° 1 0 0 0 1 1 60 ° 1 0 1 0 1 1 72 ° 2nd 0 1 0 0 1 84 ° 2nd 0 0 0 0 1 96 ° 2nd 0 0 1 0 1 108 ° 3rd 0 0 1 0 0 120 ° 3rd 0 0 0 0 0 132 ° 3rd 0 0 0 1 0 144 ° 4th 1 0 0 1 0 0 168 ° 4th 1 0 0 0 1 180 ° 3rd 0 0 0
  • the light guide elements 53-57 can in a known manner as transparent elements with total reflection surfaces or with outer mirror reflection surfaces.
  • Material is preferably a suitable plastic used.
  • the code segments 29, 30 for the number rolls 21, 25 see above disposes that at the counter position "0 0 0 0 0 0" all Have light barriers so that the Gain of the light barriers can be measured.
  • a processor is preferably used as the microprocessor 58 which uses the light-emitting optocouples 43 or 52 with sufficient current, e.g. 5 mA per element, can directly control, and which an analog-digital converter with several switchable inputs, with which the Microprocessor the resistance of the light receiver 52, and thus can measure the luminosity.
  • the microprocessor additionally measures the current in each of the light emitting elements when it this turns on. This can result in a defect in an element recognized and thus the functional reliability can be improved.
  • the outer Light guides 53-57 one arm more than the number of Number rolls of the counter and includes the inner one Opto-element unit 43 one element more than the number of Number rollers 21, 25 of the counter is. So that the Microprocessor 58 the function of the outer optocouples check and so the functional safety additionally improve. In order to shield and avoid Diffuse light that interferes with function can occur between the inner ones adjacent optocouples 41 additional, not shown Light shields can be attached.

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Abstract

Einrichtung zum Auslesen der Stellung von Zahlenrollen (21, 25) eines Rollenzählwerkes mit Schaltritzeln (31) auf einer Achse (13) innerhalb des Umfangs von Zahlenrollen (21, 25), mittels welchen jeweils die niederwertige Zahlenrolle (21, 25) mittels dem Schaltritzel (31) im letzten Skalenteil ihrer Umdrehung die höherwertige Zahlenrolle (25) um einen Skalenteil weiter dreht. Mit je einem optoelektronischen Element (41) innerhalb der Zahlenrollen (21, 25) und peripheren Optoelementen (53-57, 52) werden pro Zahlenrolle (21, 25) mehrere radiale Lichtschranken gebildet. Die Zahlenrollen (21, 25) weisen lichtdurchlässige (29) und lichtundurchlässige (30) Codesegmente auf. Beim sequentiellen Auslesen werden Binärinformationen im Gray-Code gebildet und in einem Mikroprozessor (58) werden die ausgelesenen Daten weiter verarbeitet. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Auslesen der Stellung von Zahlenrollen eines Rollenzählwerkes mit Schaltritzeln auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen, mittels welchen jeweils die niederwertige Zahlenrolle am Ende einer vollen Umdrehung die höherwertige Zahlenrolle um eine Ziffer oder einen Skalenteil weiter dreht,
Es sind verschiedene Arten von Messgeräten bekannt, in welchen die gemessene Grösse mit einem mechanischen Rollenzählwerk aufsummiert und angezeigt wird. Beispiel dafür sind Volumenmessgeräte für Gas und Wasser oder mechanische Elektrizitätszähler, in welchen das gemessene Volumen respektive die gemessene Energie mit einer dem Gerät angepassten mechanischen Untersetzung auf ein Rollenzählwerk übertragen wird. Das Rollenzählwerk zeigt dabei die seit der letzten Nullstellung respektive die seit der Inbetriebnahme gemessene Menge an. Zur Bestimmung des Verbrauchs während einer bestimmten Periode wird der Stand des Rollenzählwerkes zu Beginn und am Ende dieser Periode abgelesen. Eine verbreitete Ausführung für das Rollenzählwerk besteht aus einer Achse, auf welcher die Zahlenrollen drehbar angebracht sind und auf deren Umfang die Ziffern 0 bis 9 aufgebracht sind, sowie aus einer zweiten, ausserhalb der Zahlenrollen liegenden Achse mit darauf drehbaren Schaltritzeln derart, dass jeweils die niederwertige Zahlenrolle im letzten Zehntel einer Umdrehung mittels Fortschaltzähnen über das zugeordnete Schaltritzel die nächst höherwertige Rolle um eine Zehntelumdrehung weiter schaltet. In einer anderen bevorzugten Ausführung des Rollenzählwerkes sind die Schaltritzel auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen angebracht. Ein solches Rollenzählwerk ist z.B. aus US 4 031 386 bekannt.
Diese klassische Art von Rollenzählwerken ist für viele Zwecke sehr nützlich und weiterhin einsetzbar. Bei Bedarf müssen jedoch die Zählerstellungen von einer Person abgelesen werden und Zwischentotale, beispielsweise für Statistiken und Rechnungsstellungen, müssen errechnet werden.
Aus der US 3 732 404 ist eine Lösung zur elektronischen Auslesung eines Rollenzählwerkes bekannt, in welcher die kontinuierliche Drehbewegung der Zahlenrollen in eine schnappende Bewegung übersetzt wird. Aus der EP 0 660 263 A1 (FP 107) ist eine Lösung zur elektronischen Auslesung eines Rollenzählwerkes mit ausserhalb der Zahlenrollen liegenden Schaltritzeln bekannt, welche pro Zahlenrolle fünf achsial angeordnete Einweglichtschranken umfasst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, eine Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerkes mit auf einer Achse innerhalb der Zahlenrollen angebrachten Schaltritzeln zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln eine hohe Auflösung beim Abtasten einer Zählrollenstellung ergibt und welche unabhängig vom Antrieb des Rollenzählwerkes arbeitet und diesen in keiner Weise beeinflusst.
Die erfindungsgemässe Ausleseeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Anzeigestand eines mechanischen Rollenzählwerkes mit innenliegenden Schaltritzeln mittels radial angeordneten Lichtschranken berührungslos und belastungsfrei, ausgelesen wird.
Vorteilhaft Weiterbildungen und Verbesserungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Es sind pro Zahlenrolle mehrere Lichtschranken vorhanden, welche aus einer Lichtquelle und mehreren Empfängern oder aus mehreren Empfängern und einer Lichtquelle bestehen.
Die Zahlenrollen weisen lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Codesegmente auf, mittels welchen zusammen mit den Lichtschranken Informationen betreffend die Stellung der einzelnen Zahlenrollen ermittelt werden.
Die Lichtschranken sind auf einem Halbkreis radial angeordnet und bestehen pro Zahlenrolle aus einem intern zentral angeordneten optoelektronischen Element und mehreren peripher halbkreisförmig angeordneten Elementen.
Zwecks Fokussierung und Zuordnung der Lichtstrahlen zu dem entsprechenden Empfänger, beziehungsweise zu den entsprechenden Empfängern, kann das interne zentral angeordnete Optoelement beispielsweise mit einem sternförmige Vielfachprisma umgeben.
Die peripheren Elemente sind als glasartige Lichtleiter ausgebildet und dienen als optische Signalleiter zwischen dem Rollenzählwerk und - über weitere optoelektronische Elemente - den Signaleingängen eines Mikroprozessors.
Bei einer vollen Umdrehung jeder Zahlenrolle werden mehr als 10 verschiedene Zustände in der Form einer mehrstelligen Digitalinformation erzeugt. Mit einer beispielhaften Ausfuhrung werden 30 Zustände mit einer fünfstelligen Digigtalinformation erzeugt.
Zwecks Vermeidung undefinierter Zwischenstellungen beim Uebergang einer Ausleseposition zu einer nächsten Ausleseposition wird der Gray-Code angewendet. Beim Gray-Code wird beim Uebergang von einer Position zu einer nächsten nur ein einziges Bit einer Binärinformation verändert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
  • Fig.1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten Variante,
  • Fig.2 einen seitlichen Schnitt durch diese Ausführungsvariante,
  • Fig.3 ein Prinzipschaltbild der optoelektronischen Elemente und des Mikroprozessors,
  • Fig.4 eine Vorderansicht einer Zahlenrolle,
  • Fig.5 ein Querschnitt einer Zahlenrolle,
  • Fig.6 eine Rückansicht einer Zahlenrolle und
  • Fig.7 eine 3D-Ansicht der bevorzugten Variante.
    • Die Figur 1 zeigt eine Trägertrommel 11, auf welcher, von rechts nach links gesehen, eine erste Zahlenrolle 21 und weitere fünf Zahlenrollen 25 drehbar aufgebracht sind. Von den sechs Zahlenrollen 21, 25 sind die erste Zahlenrolle 21, die zweite, vierte und sechste Zahlenrollen 25 im Schnitt und die dritte und fünfte Zahlenrolle 25 in der Aussenansicht gezeigt. Auf einem äusseren transparenten Körper 24, bzw. 27 der Zahlenrollen 21, 25 sind an der Umfangsfläche Ziffern 28 von 0 bis 9 aufgebracht. Die erste Zahlenrolle 21 weist einen inneren nicht transparenten Körper 23 auf und die weiteren Zahlenrollen 25 weisen je einen inneren nicht transparenten Körper 26 auf. Mit 29 und 30 sind lichtdurchlässige, bzw. lichtundurchlässige Codesegmente angedeutet. Mit 22 ist die Innenverzahnung der ersten Zahlenrolle 21 bezeichnet. Die Trägertrommel 11 wird mit einer rechten Befestigungsachse 12 und mit einer linken Befestigungsachse 13 in einem nicht dargestellten Zählwerkgehäuse befestigt. An der Trägertrommel 11 befindet sich eine Schaltritzelachse 14, auf welcher Schaltritzel 31 drehbar aufgebracht sind, welche die höherwertige Zahlenrolle 25 im letzten Zehntel der Umdrehung der niedrigerwertigen Zahlenrolle 21, 25 jeweils um eine Zehntelumdrehung weiter drehen. In der Trägertrommel 11 befindet sich eine innere Optoelementeinheit 41, welche auf der einen Seite durch einen Führungszapfen 45 in einer Führungsbohrung 15 in der Trägertrommel 11 gehalten wird und auf der anderen Seite an einem Printhalter 46 befestigt ist.
    Die innere Optoelementeinheit 41 wird in einer nächsten Darstellung (Fig.2) näher erläutert. Die innere Optoelementeinheit 41 umfasst weiter eine gedruckte Schaltung 42, auf welcher im Abstand der Zahlenrollen 21, 25 pro Zahlenrolle ein Halbleiter Optoelement 43 und ein optisches Vielfachprisma 44 aufgebracht ist.
    Ausserhalb der Trägertrommel 11 und der Zahlenrollen 21, 25 befindet sich eine äussere gedruckte Schaltung 51, welche fünf hintereinander angeordnete Halbleiteroptoelemente 52, fünf Lichtleiter 53 bis 57 und einen Mikroprozessor 58 aufweist. Diese Schaltung ist über elektrische Verbindungen 59, zum Beispiel Drähte, mit der inneren Optoelementeinheit 41 verbunden. Es können die Halbleiteroptoelemente 52 als Lichtempfänger und die inneren Optoelementeinheiten 41 je mittels eines Halbleiteroptoelementes 43 als Lichtemitter (LED), ausgebildet sein. Eine umgekehrte Zuordnung der Funktionen Licht emittieren und Licht empfangen ist ebenfalls möglich.
    Die Fig.2 zeigt eine Ansicht in das Innere einer Zahlenrolle 25 in achsialer Richtung mit den zugehörigen äusseren Elementen und weiteren, in Fig.1 nicht voll sichtbaren, Einzelheiten. Es sei hier angenommen dass die gedruckte Schaltung 42 ein Halbleiteroptoelement 43 in der Form einer LED aufweist, welche als Lichtemitter dient und welche beim Auslesen der Zahlenrolle 21, 25 kurzzeitig aktiviert wird. Das Halbleiteroptoelement 43 ist im Zentrum des optischen Vielfachprismas 44 angeordnet. Das sternförmige Vielfachprisma 44 weist eine gezähnte Aussenkontur auf, mit beispielsweise vier als Prisma mit innerer Doppelreflexion ausgebildeten Zähnen. Die Aufgabe dieses Vielfachprismas 44 besteht darin, das Licht des Halbleiteroptoelementes 43 in einzelne Lichtstrahlen aufzuteilen und zu fokussieren. Ferner weist, wie in Fig.1 angedeutet, jede Zahlenrolle 21, 23 in der radialen Ebene des Vielfachprismas 44 am Umfang hier sichtbar dargestellte drei lichtdurchlässige und drei lichtundurchlässige Codesegmente 29, bzw. 30 auf. Die Lichtdurchlässigkeit eines Codesegmentes 29 ist vorteilhaft auf Licht mit definierter Wellenlänge beschränkt. Solches Licht kann für das Auge unsichtbares Licht, beispielsweise Infrarotlicht sein. Fokussierte Lichtstrahlen treffen beim Ausleseprozess im Bereich lichtdurchlässiger Codesegmente 29 auf, mit dem Vielfachprisma 44 in übereinstimmender Teilung angeordnete, Lichtleiter 53 bis 57. In der gezeigten Stellung der Zahlenrolle 21 oder 25 sind die Lichtstrahlen für die Lichtleiter 57, 55 und 56 durch lichtundurchlässige Codesegmente 30 unterbrochen und für die Lichtleiter 53 und 54 durch das lichtdurchlässige Codesegment 29 sichtbar. Die sichtbaren Lichtstrahlen werden über die Lichtleiter 53, 54 über innere Reflexion an der abgewinkelten Stelle dem zugeordneten als Lichtempfänger ausgebildeten optischen Halbleiterelement 52 zugeleitet. Im Moment der Auslesung dieser Zahlenrolle 21 oder 25 wird über eine, später beschriebene, Auswertung eine fünfstellige Binärzahl gebildet. Wird ein Lichtdurchlass als logisch "1" und eine Lichtsperre als logisch "0" definiert, so entsteht hier im Auslesemoment die fünfstellige Binärzahl 00110.
    Die Fig.3 zeigt das Prinzipschaltbild der optoelektronischen Elemente (Lichtemitter) 43 und 52 (Lichtempfänger) mit dem Mikroprozessor 58, sowie die lichtleitenden Elemente Vielfaprisma 44 und Lichtleiter 53 bis 57. Mit den strichpunktierten Linien sind die Licht-, bzw. Datenpfade dargestellt. Jeder einzelne Licht- oder Datenpfad kann in der erfindungsgemässen Ausführung als Einweglichtschranke bezeichnet werden. Die im vorliegenden Beispiel dargestellte Einrichtung umfasst dementsprechend bei sechs Zahlenrollen 21, 25 und fünf optischen Abtastpunkten pro Zahlenrolle 21, 25 dreissig Einweglichtschranken. Die pro Zahlenrolle 21, 25 fünf Ablesepunkte sind innerhalb eines Halbkreises mit regelmässiger Teilung angeordnet. Der Teilungswinkel beträgt im gezeigten Beispiel 36°, kann aber auch andere Werte, beziehungsweise ein Vielfaches von 36° aufweisen. Ebenso könnte die Teilung auch unregelmässig sein.
    Werden die den einzelnen Zahlenrollen 21, 25 zugeordneten Lichtemitter 43 der Reihe nach aktiviert, stehen pro Zahlenrolle 21, 25 im gleichen Takt die ausgelesenen Binärdaten über die Lichtempfänger 52 beim Mikroprozessor 58 an. Der Einfluss der lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Codesegmente 29, bzw. 30 der einzelnen Zahlenrollen 21, 25 ist in diesem Prinzipschema nicht dargestellt.
    Die Fig. 4 bis 6 zeigen Einzelheiten einer Zahlenrolle 25. In der Ansicht der Fig.4 sind zwei Fortschaltzähne 32 sichtbar, welche pro Umdrehung dieser Zahlenrolle 25 über das Schaltritzel 31 die nächsthöhere Zahlenrolle 25 um eine Zifferposition weiter bewegt. Zu diesem Zweck weist jede Zahlenrolle 25 gemäss Fig.6 auf der anderen Seite eine ununterbrochene Innenverzahnung 33 auf. Gemäss der Schnittdarstellung in der Fig. 5 befinden sich die Fortschaltzähne 32 auf der linken Seite im Innern des nicht transparenten Körpers 26 der Zahlenrollen 25 und die Innenverzahnung 33 auf der rechten Seite der Zahlenrollen 25. Die erste, in diesen Fig.4-6 nicht dargestellte, Zahlenrolle 21 weist, als Unterschied zu den Zahlenrollen 25, auf der rechten Seite eine Innenverzahnung 22 auf, in welche ein nicht dargestellter Antrieb des Zählwerkes eingreift. Die Zahlenrolle 21 weist links ebenfalls, nicht direkt sichtbare, Fortschaltzähne 32 auf.
    Die Fig.7 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerk. Es ist hier ersichtlich, dass jede der fünf optischen Abtastpositionen jeder einzelnen Zahlenrolle 21, 25 über die Lichtleiter 53 bis 57 zu einem, jeder Abtastposition zugeordneten, Lichtempfänger 52 führt.
    Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung am Beispiel eines Auslesevorganges näher erläutert. Für diese Funktionsbeschreibung wird die in den Zeichnungen gezeigte Ausführung mit je einer zentralen Lichtquelle in jeder Zahlenrolle 21, 25 zugrunde gelegt. Der Auslesevorgang wird auf Abruf mit einem programmierten Befehl des Mikroprozessors 58 gestartet. Der Auslesevorgang läuft in der Folge sequentiell ab, indem der Reihe nach Schritt für Schritt, beispielsweise bei der Zahlenrolle 21 beginnend, in jeder folgenden Zahlenrolle 25 der Lichtemitter 43 kurzzeitig aktiviert wird. Sein Licht wird dann radial durch das Vielfachprisma 44 auf die fünf Positionen der peripheren Elemente, also auf die Lichtleiter 53-57 geworfen, erreicht diese jedoch nur in jenen Positionen wo sich ein lichtdurchlässiges Codesegment 29 im radialen Lichtstrahl befindet. Durchgehendes Licht wird über einen oder mehrere der Lichtleiter 53-57 auf einen oder mehrere Lichtempfänger 52 geleitet. Ein Empfänger 52 erzeugt am entsprechenden Eingang des Mikroprozessor 58 bei Lichtempfang ein logisches "1". Nach einer Auslesesequenz wird die Stellung jeder einzelnen Zahlenrolle 21, 25 mit einer fünfstelligen Binärinformation im Gray-Code abgebildet. Die Ausleseauflösung pro Zahlenrolle 21, 25 beschränkt sich nicht nur auf die gezeigte Zehnerteilung. Mit der erfindungsgemässen Einrichtung können am Umfang einer Zahlenrolle 21, 25 dreissig verschiedene Stellungen logisch definiert werden. Mit entsprechendem Aufwand bezüglich Anzahl Lichtschranken und Codesegmente 29, 30 kann, falls erforderlich, noch eine grössere Ausleseauflösung erreicht werden. Die als Beispiel gezeigten fünf Lichtschranken pro Zahlenrolle 21, 25 ergeben bei einer vollen Umdrehung um 360° dreissig verschiedene Codes als Binärzahl.
    In einer weiteren möglichen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist innerhalb der Zahlenrollen 21, 25 pro Zahlenrolle 21, 25 ein optischer Empfänger 43 (Fototransistor) angebracht, über welchem sich das Vielfachprisma 44 befindet, wobei letzteres das radial durch die Zahlenrolle 21, 25 in fünf definierten Richtungen einfallende Licht auf den optischen Empfänger 43 leitet und wobei die fünf definierten radialen Einfallsrichtungen zwischen zwei Richtungen je einen Winkel von 36° einschliessen. Es sind weiter auf jeder Zahlenrolle 21, 25 auf einem Teil der Breite der ganzen Zahlenrolle sechs aufeinanderfolgende Segmente mit Winkeln von beispielsweise 96°, 24°, 60°, 96°, 24° und 60° angebracht, von denen jeweils abwechslungsweise ein Codesegment 30 für das Licht der vom Empfänger 43 und vom Emitter 52 verwendeten Wellenlänge undurchlässig ist und das nächste folgende Codesegment 29 für das Licht der verwendeten Wellenlänge durchlässig ist, und sind ausserhalb der Zahlenrollen fünf Licht emittierende Elemente angebracht, von welchen Lichtleiter 53-57 das Licht je emittierendes Element in einer der fünf durch die Lichtleiter 53-57 auf den Empfängern 43 definierten Richtungen auf den Bereich jeder 21, 25 Zahlenrolle lenken, wo sich die sechs oben beschriebenen Segmente 29, 30 befinden. Die Zahlenrollen 21, 25 sind dabei vorteilhaft so gestaltet, dass in der Breite der Zahlenrollen auf der rechten Seite, wo sich innerhalb der Zahlenrolle 21, 25 die Innenverzahnung 33 für den Antrieb der Zahlenrollen 21, 25 durch das Schaltritzel 31 befinden, aussen die Ziffern 28 von 0 bis 9 aufgebracht sind, und dass sich auf der linken Seite neben den Ziffern 28 die sechs durchlässigen respektive undurchlässigen Codesegmente 29, 30 befinden, mit einem undurchlässigen Segment in dem Bereich, wo sich die beiden Zähne 32 für die Fortschaltung des Schaltritzels 31 nach einer vollen Umdrehung der Zahlenrolle 21, 25 befinden. Die andere vorteilhafte, in den Zeichnungen dargestellte Ausführung der Erfindung hat, wie aus den Figurenbeschreibungen entnommen werden kann, innerhalb der Zahlenrollen pro Zahlenrolle ein Licht emittierendes Element 43 und ausserhalb der Zahlenrollen 21, 25 insgesamt fünf optische Empfänger 52 auf der peripheren gedruckten Schaltung 51.
    Die Zahlenrollen 21, 25 können als in zwei Arbeitsgängen hergestelltes Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein, in welchem der innere Teil aus einem für das verwendete Licht undurchlässigem Material (z.B. aus schwarz eingefärbtem Kunststoff) hergestellt ist, wo der innere Teil die Verzahnungen 32, 33 und die Führung zur Zentrierung auf der Trägertrommel 11 umfasst, und welcher auf der linken Seite in 3 Segmente unterteilt ist, welche zusammen mit ihren Zwischenräumen die sechs oben beschriebenen Codesegmente 29, 30 bilden, und aus einem für das verwendete Licht transparentem Material, aus welchem ein äusserer Ring gespritzt ist, zum Beispiel aus weissem ungefülltem Kunststoff bei der Verwendung von Infrarotlichtelementen. Die Ziffern 28 auf den Zahlenrollen 21, 25 können durch bedrucken oder heissprägen auf dem äusseren Umfang aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass die Ziffern 28 die Codesegmente 29, 30 nicht überdecken.
    Eine vorteilhafte Gestaltungsvariante für die innerhalb der Zahlenrollen 21, 25 angebrachten optischen Elemente 41 umfasst eine gedruckte Schaltung 42, auf welcher pro Zahlenrolle 21, 25 je ein optisches Halbleiterelement 43 in Oberflächenmontage aufgebracht ist, mit je einem Lichtleiterelement in der Form eines Vielfachprismas 44, welches durch Umlenkung den gesamten optischen Winkelbereich von 4 mal 36° = 144° auf einen kleineren Winkelbereich reduziert.
    Die Lichtleiterelemente 53-57 können in bekannter Art als transparente Elemente mit Totalreflektionsflächen oder mit äusseren Spiegelreflektionsflächen gestaltet sein.
    Eine vorteilhafte Variante für die ausserhalb der Zahlenrollen 21, 25 befindlichen optischen Elemente umfasst eine gedruckte Schaltung 51, auf welcher neben fünf Optoelementen 52 für die Erzeugung der fünf Signale pro Zahlenrolle 21, 25 auch ein Mikroprozessor 58 mit den nötigen Zusatzelementen für die Steuerung und die Auswertung der optoelektronischen Elemente und die Anschlüsse für eine Datenübertragungsschnittstelle aufgebracht ist. Fünf Kunststofflichtleiter 35-57 mit einer der Anzahl Zahlenrollen 21, 25 entsprechenden Anzahl Lichtleiterarmen empfangen das Licht von allen Zahlenrollen 21, 25 auf ein Optoelement 43 bei der Variante, wo die äusseren Optoelemente 52 Empfänger, zum Beispiel Fototransistoren, sind, respektive verteilen das Licht auf alle sechs Zahlenrollen 21, 25, wo die äusseren Optoelemente Emitter, zum Beispiel Leuchtdioden, sind. Die fünf Optoelemente 52 auf der äusseren gedruckten Schaltung 51 und die fünf Kunststofflichtleiter 53-57 sind derart gestaltet, dass das von ihnen empfangene respektive emittierte Licht jeweils im Bereich der Codesegmente 29, 30 auf die Drehachse der Zahlenrolle 21, 25 gerichtet ist und die fünf Richtungen unter sich Winkel von 36° einschliessen. Zum Abschirmen von Fremdlicht ist es vorteilhaft, die äusseren Optoelemente 52 und die äusseren Lichtleiter 53-57 mit einer zusätzlichen nicht transparenten Umhüllung zu versehen.
    Wie vorgängig in den Figurenbeschreibungen erwähnt bilden die Halbleiteroptoelemente 43 und 52 zusammen mit den Lichtleitern 44 und 53 bis 57 pro Zahlenrolle 21, 25 je fünf Einweglichtschranken, welche zur Auslesung des vom Rollenzählwerk angezeigten Wertes vom Mikroprozessor 58 sequentiell abgefragt werden.
    Die fünf Einweglichtschranken ergeben bei einer vollen Umdrehung einer Zahlenrolle 21, 25 um 360° die folgenden 30 Codes als Binärzahl:
    Drehwinkel Angezeigte Ziffer Code (als Binärzahl)
    0° 0 0 0 1 1 0
    12° 0 0 0 1 1 1
    24° 0 1 0 1 1 1
    36° 1 1 0 0 1 1
    48° 1 0 0 0 1 1
    60° 1 0 1 0 1 1
    72° 2 0 1 0 0 1
    84° 2 0 0 0 0 1
    96° 2 0 0 1 0 1
    108° 3 0 0 1 0 0
    120° 3 0 0 0 0 0
    132° 3 0 0 0 1 0
    144° 4 1 0 0 1 0
    156° 4 1 0 0 0 0
    168° 4 1 0 0 0 1
    180° 5 1 1 0 0 1
    192° 5 1 1 0 0 0
    204° 5 0 1 0 0 0
    216° 6 0 1 1 0 0
    228° 6 1 1 1 0 0
    240° 6 1 0 1 0 0
    252° 7 1 0 1 1 0
    264° 7 1 1 1 1 0
    276° 7 1 1 0 1 0
    288° 8 1 1 0 1 1
    300° 8 1 1 1 1 1
    312° 8 1 1 1 0 1
    324° 9 0 1 1 0 1
    336° 9 0 1 1 1 1
    348° 9 0 1 1 1 0
    360°/0° 0 0 0 1 1 0
    Aus dieser Tabelle ist ersichtlich dass die Auslesung einer Zahlenrolle 21, 25 mit einer Winkelauflösung von 12 Winkelgraden ausgelesen wird. Das bedeutet, dass mit dieser Auflösung bis dreissig Stellungen pro Zahlenrolle 21, 25 ausgelesen werden können, was auch bedeutet, dass sich die Anwendung der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung nicht nur auf dekadische Zählsysteme beschränkt. Die im Binärcode ermittelten Stellungen der Zahlenrollen 21, 25 werden in der Folge prozessorintern auf bekannte Art weiter zu lesbaren Zahleninformationen konvertiert und bedürfnisgerecht weiterverarbeitet für Protokolle, Statistiken, Rechnungen und so weiter.
    Die Lichtleiterelemente 53-57 können in bekannter Art als transparente Elemente mit Totalreflektionsflächen oder mit äusseren Spiegelreflektionsflächen gestaltet sein. Als Material wird vorzugsweise ein geeigneter Kunststoff verwendet.
    Bei der Variante wo die äusseren Optoelemente Lichtemitter, also Lichtquellen, sind erfolgt die Auslesung im Prinzip gleich wie vorgängig beschrieben. Es werden der Reihe nach pro Zahlenrolle 21, 25 die fünf Lichtquellen aktiviert und so die Stellung jeder Zahlenrolle 21, 25 als Binärzahl ausgelesen.
    Zum Abschirmen von Fremdlicht ist es vorteilhaft, dem Tageslicht und/oder Fremdlicht ausgesetzte periphere Optoelemente, wie beispielsweise die Lichtleiter 53-57 mit einer zusätzlichen nicht transparenten Beschichtung oder Umhüllung zu versehen.
    Die geometrische Einteilung der Codesegmente 29, 30 bei den Zahlenrollen 21, 25 ist so disponiert, dass auf einfache und schnelle Art alle Lichtschranken auf ihre Funktion geprüft werden können. Bei dieser Prüfung wird lediglich das ganze Rollenpaket mit der Trägertrommel aus der Ausgangsstellung (Anzeige alle Ziffern "0") um 36° vorwärts gedreht (Anzeige alle Ziffern "1") und um 36° zurückgedreht (Anzeige alle Ziffern "9") wird. Bei der gewählten Geometrie der Codesegmente 29, 30 nehmen bei dieser Prüfung alle Signale aller Lichtschranken je beide Zustände an und es können somit alle Lichtschranken getestet werden. Zusätzlich kann pro Lichtschranke ein individueller Skalierfaktor gemessen und durch den Prozessor 58 in einem unverlierbaren Speicher (EEPROM) abgelegt werden.
    In einer weiteren bevorzugten geometriischen Einteilung sind die Codesegmente 29, 30 bei den Zahlenrollen 21, 25 so disponiert, dass bei der Zählwerkstellung "0 0 0 0 0 0" alle Lichtschranken Lichtdurchlass aufweisen, so dass die Verstärkung der Lichtschranken gemessen werden kann.
    Als Mikroprozessor 58 wird vorzugsweise ein Prozessor verwendet, welcher die Licht emittierenden Optoelemente 43 oder 52 mit einem ausreichenden Strom, z.B. 5 mA pro Element, direkt ansteuern kann, und welcher einen Analog-Digitalwandler mit mehreren Umschaltbaren Eingängen umfasst, mit welchem der Mikroprozessor den Widerstand der Lichtempfänger 52, und damit die Leuchtstärke messen kann. In einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung misst der Mikroprozessor zusätzlich den Strom in jedem der Licht emittierenden Elemente, wenn er diese einschaltet. Damit kann ein Defekt eines Elementes erkannt und so die Funktionssicherheit verbessert werden. In einer weiteren bevorzugten Variante haben die äusseren Lichtleiter 53-57 einen Arm mehr als die Anzahl der Zahlenrollen des Zählwerkes und umfasst die innere Optoelementeinheit 43 ein Element mehr als die Anzahl der Zahlenrollen 21, 25 des Zählwerkes ist. Damit kann der Mikroprozessor 58 die Funktion der äusseren Optoelemente überprüfen und so die Funktionssicherheit zusätzlich verbessern. Zwecks Abschirmung und Vermeidung von funktionsstörendem Streulicht können zwischen den inneren benachbarten Optoelementen 41 nicht dargestellte zusätzliche Lichtabschirmungen angebracht werden.

    Claims (9)

    1. Einrichtung zum Auslesen der Stellung von Zahlenrollen (21, 25) eines Rollenzählwerkes mit Schaltritzeln (31) auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen (21, 25), mittels welchen jeweils die niederwertige Zahlenrolle (21, 25) am Ende einer vollen Umdrehung die höherwertige Zahlenrolle (25) um eine Ziffer oder einen Skalenteil weiter dreht,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Einrichtung für eine berührungslose und belastungsfreie Auslesung der Stellung von Zahlenrollen (21, 25) radial angeordnete Lichtschranken aufweist.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass pro Zahlenrolle (21, 25) mehrere Lichtschranken, bestehend aus einem Lichtemitter (43) mit mehreren Empfängern (52), oder aus mehreren Lichtemittern (43) und einem Empfänger (52).
    3. Einrichtung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Zahlenrollen (21, 25) zwecks Ermittlung der Stellung mittels den Lichtschranken mindestens ein lichtdurchlässiges (29) und mindestens ein lichtundurchlässiges (30) Codesegment aufweisen.
    4. Einrichtung nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass sich die Codesegmente 29, 30 über verschieden grosse Winkel erstrecken.
    5. Einrichtung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass auf einem Halbkreis radial angeordnete Lichtschranken aus einem zentral in jeder Zahlenrolle (21, 25) vorhandenen optoelektronischen Element (41), mehreren peripher halbkreisförmig angeordneten Lichtleitern (53-57) und mehreren auf einer gedruckten Schaltung (51) angeordneten optoelektronischen Elementen (52) bestehen.
    6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass das zentral in den Zahlenrollen (21,25) vorhandene optoelektronische Element (41) von einem das Licht fokussierenden und den peripheren Elementen zuordnenden Vielfachprisma (44) umgeben ist.
    7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die peripheren Elemente der Lichtschranken als optische Signalleiter zwischen Lichtquelle und Empfänger in der Form von glasartigen Lichtleitern (53-57) vorhanden sind.
    8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass eine winkelgeometrische Anordnung der lichtdurchlässigen (29) und lichtundurchlässigen Codesegmente (30) pro Zahlenrolle (21, 25) vorhanden ist, welche ein Auslesen von mehr als zehn verschiedenen Stellungen während einer vollen Umdrehung einer Zahlenrolle (21, 25) möglich macht.
    9. Einrichtung nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Lichtschranken und die Codesegmente (29, 30) eine einen Gray-Code erzeugende Anordnung aufweisen.
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