Winkel- und Weggeber zur Erfassung der Grösse von Dreh- oder linearen Bewegungen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelund Weggeber zur Erfassung der Grösse von Dreh- oder linearen Bewegungen, mit einer auf einer nach Massgabe der zu erfassenden Bewegungsgrösse angetriebenen Welle befestigten, in einem Gehäuse drehbar angeordneten Scheibe, die mit entlang ihres Umfanges gleich- mässig angeordneten, abwechselnd lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Feldern versehen ist, und mit mindestens einer im Gehäuse fest angeordneten photoelektrischen Vorrichtung, bestehend aus einer Licht quelle an der einen Seite der Scheibe und einem der Lichtquelle gegenüberliegenden Photcelement an der anderen Seite der Scheibe, wobei die photoelektrische Vorrichtung bezüglich der Scheibe so angeordnet ist,
dass der die genannten Felder aufweisende Abschnitt der Scheibe den von der Lichtquelle auf das Photoelement anfallenden Lichtstrahlbündel durchquert und diesen beim Drehen der Scheibe abwechselnd unterbricht oder durchlässt, wodurch im Photoelement dementsprechend einzelne elektrische Impulse erzeugt werden.
Der erfindungsgemässe Winkel- und Weggeber ist dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe an ihrem Umfang mit einer Anzahl von in gleichen Abständen voneinander angeordneten Aussparungen versehen ist, welche die genannten lichtdurchlässigen Felder bildet, und dass vor dem Photoelement eine im Gehäuse befestigte Blende angeordnet ist, die mit einer Anzahl von Durchgängen versehen ist, welche derart angeordnet und so bemessen sind, dass sie in einer ersten Stellung der Scheibe mit den Aussparungen derselben fluchten und somit den Durchgang des Lichtstrahlbündels von der Lichtquelle zum Photoelement erlauben, während sie in einer zweiten, um den halben Abstand zwischen benachbarten Aussparungen verschobenen Stellung der Scheibe durch die zwischen benachbarten Aussparungen liegenden,
die genannten lichtundurchlässigen Felder bildenden Teile der Scheibe vollständig abgedeckt sind und kein Licht zum Photo element durchlassen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Weggebers zum Messen von linearen Bewegungsgrössen;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig 1, und
Fig. 3 eine Vorderansicht des Weggebers von Fig. 1.
Der in der Zeichnung dargestellte Winkel- und Weggeber weist eine auf einer in einem Gehäuse 1 drehbar gelagerten Antriebswelle 2 befestigte Scheibe 3 auf, die in einer Aussparung 4 im Gehäuse drehbar ist. Die Scheibe 3 ist an ihrem Umfang mit einer Anzahl von in gleichen Abständen voneinander angeordneten Aussparungen versehen, welche die genannten lichtdurchlässigen Felder bildet, und vor dem Photoelement ist eine im Gehäuse befestigte Blende angeordnet, die mit einer Anzahl von Durchgängen versehen ist, welche derart angeordnet und so bemessen sind, dass sie in einer ersten Stellung der Scheibe mit den Aussparungen derselben fluchten und somit den Durchgang des Lichtstrahlbündels von der Lichtquelle zum Photoelement erlauben, während sie in einer zweiten,
um den halben Abstand zwischen benachbarten Aussparungen verschobenen Stellung der Scheibe durch die zwischen benachbarten Aussparungen liegenden, die genannten lichtundurchlässigen Felder bildenden Teile der Scheibe vollständig abgedeckt sind und kein Licht zum Photoelement durchlassen. Im Gehäuse 1 ist eine photoelktrische Vorrichtung 6, 7 fest eingebaut. Die photoelektrische Vorrichtung besteht aus einer Lichtquelle 6 an der einen Seite der Scheibe 3 und einem der Lichtquelle 6 gegenüberliegenden Photo element 7 an der anderen Seite der Scheibe 3 und ist bezüglich der Scheibe 3 so angeordnet, dass der die Aussparungen 5 aufweisende Abschnitt der Scheibe 3 den von der Lichtquelle 6 auf das Photo element 7 anfallenden Lichtstrahlbündel durchquert.
Vor dem Photoelement 7 ist im Gehäuse 1 eine feststehende Lichtblende 8 eingebaut. Die Blende 8 weist die Form eines Kreissegmentes auf, welches konzentrisch zur Scheibe 3 angeordnet ist und dessen Radius demjenigen der Scheibe 3 entspricht. Die Blende ist an ihrem Umfang mit Aussparungen 9 versehen, deren Grösse und Anordnung mit denjenigen der Scheibe 3 identisch ist.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Aussparungen 9 des Segmentes 8 in einer ersten Stellung der Scheibe 3 mit den Aussparungen 5 derselben fluchten und den Durchgang der Lichtstrahlen von der Lichtquelle 6 zum Photoelement 7 erlauben, während sie in einer zweiten, um den halben Abstand zwischen benachbarten Aussparungen verschobenen Stellung der Scheibe 3 durch die zwischen benachbarten Aussparungen liegenden Teile der Scheibe vollständig abgedeckt sind, so dass von der Lichtquelle 6 kein Licht zum Photoelement 7 gelangen kann. Die in der genannten ersten Stellung der Scheibe 3 durch die einzelnen Aussparungen 5 der Scheibe 3 und durch die mit diesen fluchtenden Aussparungen 9 des Segmentes 8 hindurchgehenden Lichtstrahlen können durch dem Photoelement 7 vorgeschaltete optische Linsen 11 zusammengefasst und so zum Photo element 7 geführt werden.
Im Betrieb wird die Antriebswelle 2 und damit die Scheibe 3 entsprechend der zu erfassenden Bewegungsgrösse verdreht. Dabei wird der Lichtstrahlbündel zwischen der Lichtquelle und dem Photo element entsprechend der jeweiligen oben erwähnten Stellungen der Scheibe 3 bezüglich des Segmentes 8 abwechselnd durchgelassen oder unterbrechen. Dadurch werden im Photoelement nacheinander einzelne elektrische Impulse erzeugt, die auf bekannte Weise verstärkt und rechteckig geformt zu einem elektronischen Zähler geleitet werden. Aus der Anzahl der Impulse kann die Grösse der gemessenen Bewegung bestimmt werden.
Der Antrieb der Welle 2 und damit der Scheibe 3 erfolgt über ein auf der freien Ende der Welle angeordnetes Reibrad 12, welches durch einen Rundstab 13, der entsprechend der zu messenden linearen Bewegung in Längsrichtung verschoben wird, angetrieben wird.
Der Rundstab 13 ist zwischen dem Reibrad 12 und zwei Lenkrollen 14 geführt. Die Lenkrollen 14 sind jeweils an einem im Gehäuse 1 befestigten Zapfen 15 exzentrisch gelagert, so dass der Anpressdruck zwischen Rundstab 13 und Reibrad 12 zwecks Erzielung eines rutschfreien Antrieb es durch Verstellen der Lenkrollen 14 eingestellt werden kann.
Um die Drehrichtung der Scheibe 3 und damit die Richtung der zu messenden Bewegung zu erkennen, ist im Gehäuse eine zweite Abtasteinheit eingebaut, die gleich wie die oben beschriebene erste Abtasteinheit ausgebildet ist, d. h. ebenfalls eine Lichtquelle 6a und ein Photoelement 7a mit vorgeschalteter Blende 8a aufweist. Diese zweite Abtasteinheit gibt bezüglich der von der ersten Abtasteinheit erzeugten Impulse um 900 verschobene, je nach Drehrichtung der Scheibe 3 vor- oder nachlaufende Impulse ab. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, dass die Blende 8a der zweiten Abtasteinheit bezüglich der Blende 8 der ersten Abtasteinheit um den halben Abstand zwischen benachbarten Aussparungen verschoben angeordnet ist.
Durch die Erhöhung der Anzahl der Abtasteinheitpaare kann die Anzahl der pro Scheibenumdrehung erzeugten Impulse vergrössert und dadurch die Genauigkeit der Messung erhöht werden. Beim vorliegenden Beispiel sind drei Abtasteinheitpaare entlang dem Scheibenumfang angeordnet.
Der oben beschriebene Geber kann auch als Winkelgeber verwendet werden, wobei lediglich der Antrieb der Welle 2 geändert werden muss.
Angle and displacement encoder for recording the size of rotary or linear movements
The present invention relates to an angle and displacement encoder for detecting the magnitude of rotary or linear movements, with a disk mounted rotatably in a housing on a shaft that is driven according to the magnitude of motion to be detected and alternating with a disc arranged uniformly along its circumference translucent and opaque fields is provided, and with at least one fixedly arranged photoelectric device in the housing, consisting of a light source on one side of the disc and a light source opposite photo element on the other side of the disc, the photoelectric device with respect to the disc so is arranged
that the section of the disk having the fields mentioned crosses the light beam incident on the photo element from the light source and alternately interrupts or lets through it when the disk rotates, whereby individual electrical pulses are accordingly generated in the photo element.
The angle and displacement encoder according to the invention is characterized in that the disc is provided on its circumference with a number of recesses arranged at equal distances from one another, which form the said translucent fields, and in that a diaphragm fastened in the housing is arranged in front of the photo element, which is provided with a number of passages, which are arranged and dimensioned so that they are aligned with the recesses of the disc in a first position and thus allow the passage of the light beam from the light source to the photo element, while in a second position around the half the distance between adjacent recesses shifted position of the disc by lying between adjacent recesses,
the said opaque fields forming parts of the disc are completely covered and do not let any light through to the photo element.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is described below with reference to the accompanying drawing. It shows:
1 shows a longitudinal section of a displacement transducer for measuring linear movement variables;
Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1, and
FIG. 3 is a front view of the displacement transducer from FIG. 1.
The angle and displacement encoder shown in the drawing has a disk 3 which is fastened to a drive shaft 2 rotatably mounted in a housing 1 and which is rotatable in a recess 4 in the housing. The disc 3 is provided on its periphery with a number of equally spaced recesses, which form said light-permeable fields, and in front of the photo element there is arranged a diaphragm fixed in the housing, which is provided with a number of passages which are arranged in this way and are dimensioned so that in a first position of the disk they are aligned with the cutouts of the same and thus allow the passage of the light beam from the light source to the photo element, while in a second,
The position of the disk shifted by half the distance between adjacent recesses is completely covered by the parts of the disk which lie between adjacent recesses and form the said opaque fields and do not allow any light to pass through to the photo element. A photoelectric device 6, 7 is permanently installed in the housing 1. The photoelectric device consists of a light source 6 on one side of the disk 3 and a photo element 7 opposite the light source 6 on the other side of the disk 3 and is arranged with respect to the disk 3 in such a way that the section of the disk 3 having the recesses 5 the incident from the light source 6 on the photo element 7 light beam crosses.
A fixed light shield 8 is installed in the housing 1 in front of the photo element 7. The diaphragm 8 has the shape of a segment of a circle which is arranged concentrically to the disk 3 and whose radius corresponds to that of the disk 3. The aperture is provided on its circumference with recesses 9, the size and arrangement of which is identical to that of the disk 3.
This arrangement ensures that the recesses 9 of the segment 8 in a first position of the disk 3 are aligned with the recesses 5 of the same and allow the passage of the light rays from the light source 6 to the photo element 7, while in a second position they are half the distance The position of the pane 3 shifted between adjacent recesses are completely covered by the parts of the pane located between adjacent recesses, so that no light can reach the photo element 7 from the light source 6. The light rays passing through the individual recesses 5 of the disc 3 and through the aligned recesses 9 of the segment 8 in the aforementioned first position of the disc 3 can be combined by the optical lenses 11 connected upstream of the photo element 7 and thus guided to the photo element 7.
In operation, the drive shaft 2 and thus the disk 3 is rotated according to the movement size to be detected. The light beam between the light source and the photo element is alternately transmitted or interrupted in accordance with the respective above-mentioned positions of the disc 3 with respect to the segment 8. As a result, individual electrical pulses are generated one after the other in the photo element, which are amplified in a known manner and passed in a rectangular shape to an electronic counter. The size of the measured movement can be determined from the number of pulses.
The drive of the shaft 2 and thus of the disk 3 takes place via a friction wheel 12 arranged on the free end of the shaft, which is driven by a round rod 13 which is displaced in the longitudinal direction according to the linear movement to be measured.
The round rod 13 is guided between the friction wheel 12 and two castors 14. The castors 14 are each eccentrically mounted on a pin 15 fastened in the housing 1, so that the contact pressure between the round rod 13 and the friction wheel 12 can be adjusted by adjusting the castors 14 to achieve a non-slip drive.
In order to recognize the direction of rotation of the disk 3 and thus the direction of the movement to be measured, a second scanning unit is built into the housing, which is designed in the same way as the first scanning unit described above, i. H. also has a light source 6a and a photo element 7a with an upstream diaphragm 8a. This second scanning unit emits leading or trailing pulses that are shifted by 900 with respect to the pulses generated by the first scanning unit, depending on the direction of rotation of the disk 3. This is achieved in a simple manner in that the diaphragm 8a of the second scanning unit is arranged shifted relative to the diaphragm 8 of the first scanning unit by half the distance between adjacent cutouts.
By increasing the number of pairs of scanning units, the number of pulses generated per disk revolution can be increased, thereby increasing the accuracy of the measurement. In the present example, three pairs of scanning units are arranged along the circumference of the disk.
The encoder described above can also be used as an angle encoder, only the drive of the shaft 2 having to be changed.