DE102009023395A1 - Code disk for encoder of electric motor, has circular scan area, in which scale is formed by spiral and parallel bars, and spiral bars of scale are formed such that bars cut imaginary straight line - Google Patents

Code disk for encoder of electric motor, has circular scan area, in which scale is formed by spiral and parallel bars, and spiral bars of scale are formed such that bars cut imaginary straight line Download PDF

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Abstract

The code disk (11) has a circular scan area (12), in which a scale is formed by spiral and parallel bars (13). The spiral bars of the scale are formed such that the bars cut an imaginary straight line (14). The tangents (16), bordered on the spiral bars in intersections (15), run perpendicular to the imaginary straight line and parallel to one another. An independent claim is also included for an encoder, particularly optical encoder and inductive encoder.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Codescheibe für einen Encoder mit einem kreisringförmigen Abtastbereich, in welchem ein Maßstab aus im Wesentlichen spiralförmigen, parallelen Strichen ausgebildet ist.The The present invention relates to a code disk for a Encoder with a circular scanning area, in which a scale of essentially spiral, is formed parallel lines.

Üblicherweise sind Codescheiben für Encoder bzw. Winkelcodierer derart ausgebildet, dass der Maßstab, der von einem Sensor des Encoders abgetastet wird, durch radial nach außen laufende Striche ausgebildet wird. Die Striche sind also nicht parallel zueinander, sondern verlaufen konzentrisch, die Verlängerung der Striche führt durch den Mittelpunkt der Codescheibe. Die Striche des Maßstabs sind also als Kreissegmente bzw. keilförmige Segmente ausgebildet. Um eine einfache Abtastung des Maßstabs mit einem Sensor zu ermöglichen, sind daher Codescheiben bekannt, die sehr viele Striche aufweisen. In diesem Fall konvergieren die Kreissegmente zu fast parallelen Linien.Usually are code discs for encoder or encoder such designed to be the scale used by a sensor of the Encoder is scanned by running radially outward Dashes is formed. The strokes are not parallel to each other but run concentrically, the extension of the strokes passes through the center of the code disc. The strokes of the scale are thus as circle segments or wedge-shaped Segments formed. To a simple scan of the scale With a sensor to enable, are therefore code discs known, which have many strokes. In this case, converge the circle segments to almost parallel lines.

Nachteilig an diesen Codescheiben ist, dass sie nur für sehr große oder für optische Encoder geeignet sind. Kleine Bauformen solcher Codescheiben sind nicht realisierbar.adversely on these code discs is that they only for very large or suitable for optical encoders. Small designs such code discs are not feasible.

Es ist auch bekannt, Encoder so auszubilden, dass die Abtastung der Codescheiben nicht in axialer, sondern in radialer Richtung der Codescheibe erfolgt. Allerdings steigt bei diesen Encodern die Baulänge, die Herstellung wird komplizierter und somit steigen auch die Kosten.It is also known to form encoder so that the sampling of Codewheiben not in the axial, but in the radial direction of the Code disc is done. However, the length of these encoders increases, The production becomes more complicated and therefore the costs increase.

Ferner gibt es Encoder, die vorverzerrte Sensoren aufweisen, so dass die Sensoren der Kreisform der Codescheibe bzw. der abzutastenden Striche folgen. Diese Sensoren weisen aber nur eine geringe Flexibilität auf und können daher nur für einen Codescheibendurchmesser eingesetzt werden.Further There are encoders that have predistorted sensors, so the Sensors of the circular shape of the code disk or the strokes to be scanned consequences. However, these sensors have only a low flexibility can and therefore only for a code disk diameter be used.

Es sind auch intelligente Sensoren erhältlich, die sowohl konzentrische Kreissegmente als auch parallele Linien auslesen können. Diese Sensoren sind allerdings relativ teuer.It There are also smart sensors available, both can read out concentric circle segments as well as parallel lines. However, these sensors are relatively expensive.

In der US 5,017,776 ist ein optischer Encoder offenbart, bei dem der abzutastende Maßstab der Codescheibe durch spiralförmige Fenster und Speichen von identischer Form ausgebildet wird. Die in Drehrichtung der Scheibe betrachteten Vorderkanten und Hinterkanten der Fenster verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und sind jeweils als Teilstücke einer archimedischen Spirale ausgebildet. Ist der Radius der archimedischen Spiralen ausreichend groß, so dass die archimedischen Spiralen schon fast tangential verlaufen, so sind die Spiralen im Wesentlichen äquidistant zueinander. Vor allem bei beengten Verhältnissen auf der Codescheibe ist der Verlauf der Kanten entlang der archimedischen Spirale allerdings nicht optimal. Dies gilt vor allem bei Codescheiben, die einen Innenradius aufweisen, der nahe dem optischen Radius der Codescheibe ist. Der optische Radius k der Codescheibe ist in diesem Zusammenhang folgendermaßen defiviert: k = a·n , wobei a der Abstand der Striche des Maßstabs voneinander und n die Anzahl der Striche des Maßstabs ist. Liegt der Innenradius der Codescheibe nahe dem optischen Radius, so verlaufen die entlang der archimedischen Spiralen ausgebildeten Striche des Maßstabs nicht mehr äquidistant zueinander und es werden keine klaren Signale mehr erzeugt.In the US 5,017,776 An optical encoder is disclosed in which the scale of the code disc to be scanned is formed by helical windows and spokes of identical shape. The front edges and trailing edges of the windows, which are viewed in the direction of rotation of the disk, run essentially parallel to one another and are each designed as sections of an Archimedean spiral. If the radius of the Archimedean spirals is sufficiently large that the Archimedean spirals are almost tangential, the spirals are essentially equidistant from each other. However, especially in cramped conditions on the code disk, the course of the edges along the Archimedean spiral is not optimal. This is especially true with code disks having an inner radius which is close to the optical radius of the code disk. The optical radius k of the code disk is defected in this context as follows: k = at . where a is the distance of the bars of the scale from one another and n is the number of bars of the scale. If the inner radius of the code disk is close to the optical radius, then the bars of the scale formed along the Archimedean spirals are no longer equidistant from each other and clear signals are no longer generated.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Codescheibe bereitzustellen, die die Nachteile der bisher bekannten Codescheiben überwindet, so dass zuverlässig Signale guter Qualität bereitgestellt werden können.It Therefore, the object of the present invention is a code disk to provide that overcomes the disadvantages of the previously known code disks, so that reliable signals of good quality are provided can be.

Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die spiralförmigen Striche des Maßstabs derart ausgebildet sind, dass sie eine gedachte Gerade derart schneiden, dass die in den Schnittpunkten an die spiralförmigen Striche angelegten Tangenten senkrecht zu der gedachten Geraden und parallel zueinander verlaufen.For this is inventively provided that the spiral Dashes of the scale are designed such that they to cut an imaginary straight line in such a way that those in the intersections perpendicular to the spiral lines applied tangents to the imaginary line and parallel to each other.

Dadurch, dass die spiralförmigen Striche, bzw. die an sie angelegten Tangenten, im Bereich der gedachten Geraden parallel zueinander verlaufen und somit äquidistant zueinander sind, können die Rotationsbewegungen der Codescheibe in einen äquidistanten Linearmaßstab umgesetzt werden. Es kann daher ein Linearsensor zur Abtastung der Codescheibe eingesetzt werden. Durch das geradlinige Strichbild können so selbst bei kleinen Radien der Codescheibe, d. h. bei Radien, die nahe dem optischen Radius der Codescheibe liegen, gleichmäßige Interpolationssignale erzeugt werden. Zudem kann die Codescheibe bei allen Arten von Encodern eingesetzt werden, bei welchen ein Maßstab lokal abgetastet wird. Die Codescheibe kann daher für induktive Encoder, optische Encoder (reflektiv und transmissiv) und kapazitive Encoder eingesetzt werden.Thereby, that the spiral lines, or the applied to them Tangents, in the region of the imaginary lines parallel to each other run and thus are equidistant from each other, can the rotational movements of the code disc in an equidistant Linear scale can be implemented. It can therefore be a linear sensor be used for scanning the code disk. By the straightforward Line can be so even at small radii of the code disc, d. H. at radii close to the optical radius of the code disk lie, even interpolation signals generated become. In addition, the code disk can be used with all types of encoders in which a scale is scanned locally. The code disk can therefore be used for inductive encoders, optical Encoder (reflective and transmissive) and capacitive encoder used become.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die gedachte Gerade eine Kreistangente an einen mit dem kreisringförmigen Abtastbereich konzentrischen Kreis mit dem Radius k = a·n ist, wobei a der Abstand zwischen den Strichen des Maßstabs und n die Anzahl der Striche des Maßstabs ist. Wenn die Striche des Maßstabs als Kreisevolventen ausgebildet sind, erfüllen sie diese Anforderung. Der Linear sensor kann dann einfach entlang einer Tangente, die z. B. an dem inneren Rand des kreisringförmigen Abtastbereichs anliegt, ausgerichtet werden.In an advantageous embodiment it can be provided that the imaginary straight line forms a circle tangent to a circle with the radius concentric with the annular scanning region k = at where a is the distance between the bars of the scale and n is the number of bars of the scale. If the bars of the scale are trained as circle involutes, they fulfill this requirement. The linear sensor can then easily along a tangent z. B. is applied to the inner edge of the annular scanning area, aligned.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die spiralförmigen Striche des Maßstabs gemäß der Gleichung

Figure 00030001
gebildet sind, mit k = a·n , wobei a der Abstand zwischen den Strichen des Maßstabs, n die Anzahl der Striche des Maßstabs und C eine Konstante ist. Durch diese Gleichung wird eine bevorzugte Form der als Kreisevolventen ausgebildeten spiralförmigen Striche des Maßstabs beschrieben. Der Radius r der Codescheibe darf dabei nicht kleiner als k werden, da sonst der Radikand negativ wird. Dabei entspricht k dem optischen Radius der Codescheibe. Auf diese Weise können die spiralförmigen Striche einfach in der gewünschten Kurvenform erzeugt werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the helical bars of the scale according to the equation
Figure 00030001
are formed with k = at . where a is the distance between the bars of the scale, n is the number of bars of the scale, and C is a constant. This equation describes a preferred form of helical bars of the scale formed as circle involutes. The radius r of the code disk must not be smaller than k, otherwise the radicand becomes negative. Here, k corresponds to the optical radius of the code disk. In this way, the spiral strokes can be easily generated in the desired curve shape.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die spiralförmigen Striche des Maßstabs als Pseudo-Random-Cyclic Code ausgebildet sind. Es kann dann mit einer einzigen Spur auf der Codescheibe ein Absolut-Encoder oder ein Encoder mit Index realisiert werden. Dadurch kann die Absolutposition der Welle angegeben werden, auf welcher die Codescheibe angebracht ist.It can also be provided that the spiral lines scale formed as a pseudo-random-cyclic code are. It can then enter with a single track on the code disk Absolute encoder or an encoder can be realized with index. Thereby the absolute position of the shaft can be specified on which the code disk is attached.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Spurbreite, der Spurabstand oder die Intensität des Maßstabs moduliert ist. Dadurch wird eine bessere Übertragbarkeit der Signale ermöglicht.In Still another advantageous embodiment be provided that the track width, the track pitch or the intensity of the scale is modulated. This will improve portability allows the signals.

Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf einen Encoder mit einer vorangehend beschriebenen Codescheibe zum Anbringen auf einer Welle und mit einem Linearsensor zum Abtasten des Maßstabs der Codescheibe. Durch die bereits beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung des Maßstabs der Codescheibe, die es ermöglicht, Rotationsbewegungen in einen äquidistanten Linearmaßstab umzusetzen, können relativ kostengünstige Linearsensoren als Bewegungsdetektoren eingesetzt werden. Da der Maßstab der Codescheibe durch parallele Striche ausgebildet ist, können selbst bei kleinen kreisförmigen Codescheiben Linearsensoren eingesetzt werden, wodurch für Kleinstmotoren Encoder mit relativ groben Linienbreiten eingesetzt werden können, ohne dass eine radiale Abtastung der Codescheiben erforderlich ist.Further The invention also relates to an encoder with a preceding described code disk for mounting on a shaft and with a Linear sensor for scanning the scale of the code disc. By the invention already described Training the scale of the code disk, which makes it possible Rotational movements in an equidistant linear scale can implement relatively inexpensive linear sensors be used as motion detectors. Because the scale the code disk is formed by parallel lines can even with small circular code discs linear sensors be used, whereby for micro motors encoders with relatively coarse line widths can be used without that a radial scan of the code discs is required.

In einer vorteilhaften Variante kann vorgesehen werden, dass der Linearsensor entlang der gedachten Geraden ausgerichtet ist. Im Bereich der gedachten Geraden verlaufen die spiralförmigen Striche des Maßstabs genau parallel zueinander, so dass sehr exakte Signale erzeugt werden können.In In an advantageous variant it can be provided that the linear sensor aligned along the imaginary line. In the area of the imaginary Straight lines run the spiral lines of the scale exactly parallel to each other, so that very accurate signals are generated can.

Es kann sich aber auch als positiv herausstellen, den Linearsensor leicht verdreht gegenüber der gedachten Geraden anzuordnen. Der Winkel zwischen der Längserstreckung des Linearsensors und der gedachten Geraden beträgt dabei vorzugsweise etwa 0,10 bis 5°. Dadurch können etwas rundere Signale erzeugt werden (Anti-Aliasing).It But it can also turn out to be positive, the linear sensor slightly twisted in relation to the imaginary line. The angle between the longitudinal extent of the linear sensor and the imaginary line is preferably about 0.10 to 5 °. This can be slightly rounder signals generated (anti-aliasing).

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die gedachte Gerade eine Kreistangente an einen Kreis mit dem Radius k = a·n ist, wobei a der Abstand zwischen den Strichen des Maßstabs und n die Anzahl der Striche des Maßstabs ist. Die Striche sind dann als Kreisevolventen ausgebildet, so dass einfach ein äquidistanter Abstand zwischen den Strichen eingestellt werden kann und der Maßstab leicht erzeugt werden kann.In a preferred embodiment it can be provided that the imaginary straight line forms a circle tangent to a circle with the radius k = at where a is the distance between the bars of the scale and n is the number of bars of the scale. The strokes are then designed as circle involutes, so that simply an equidistant distance between the strokes can be set and the scale can be easily generated.

In einer weiteren Variante kann vorgesehen werden, dass der Encoder als optischer Encoder ausgebildet ist, wobei die Codescheibe einen Außendurchmesser im Bereich von etwa 2 mm bis 140 mm aufweist, und die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe in einem Bereich von etwa 0,05 mm bis 1 mm liegt. Dadurch ist es möglich, optische Encoder in hochauflösenden Varianten für Kleinst- und Kleinmotoren herzustellen. Der Maßstab der Codescheibe ist fein strukturiert und wird beispielsweise durch Elektroformieren, Sputtern, Photolithographie, Photoresistbelichten oder andere Feinstrukturierungsmaßnahmen hergestellt. Das Auslesen des Maßstabs erfolgt mit einer integrierten Schaltung. Vor allem für Codescheiben, die im oberen Bereich der angegebenen Durchmessergrößen liegen, entsteht durch das Abtasten vieler aufeinanderfolgender Striche des Maßstabs ein besonderer Vorteil. Es ist dann eine bessere Phasenermittlung für die Interpolation möglich, und es besteht die Möglichkeit, längere Pseudo-Random-Codes oder andere Codes abzutasten.In Another variant may be provided that the encoder is designed as an optical encoder, wherein the code disc a Outside diameter in the range of about 2 mm to 140 mm, and the width of the bars of the scale of the code disk is in a range of about 0.05 mm to 1 mm. That's it possible, optical encoders in high-resolution variants for micro and small motors. The scale the code disk is finely structured and is formed, for example, by electroforming, Sputtering, photolithography, photoresist or other fine structuring measures produced. The reading of the scale is done with a integrated circuit. Especially for code discs, the in the upper part of the specified diameter sizes lie, arises by scanning many successive Dashes of the scale a special advantage. It is then one better phase determination for the interpolation possible, and there is a possibility of longer pseudo-random codes or to scan other codes.

Es kann aber auch vorgesehen werden, dass der Encoder als optischer Encoder ausgebildet ist, wobei die Codescheibe einen Außendurchmesser im Bereich von etwa 30 mm bis 500 mm aufweist und die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe mehr als 1 mm beträgt. Auf diese Weise können größere, diskret aufgebaute optische Encoder hergestellt werden. Die Fertigung der Codescheibe erfolgt beispielsweise durch Spritz gießen. Als Codescheibe kann aber auch ein strukturiertes Kunststoffteil oder ein Stanzteil eingesetzt werden. Als Sensor des Encoders werden dann diskret aufgebaute Fotodioden genutzt. Dadurch ist eine günstige Herstellung des Encoders möglich. Durch die spezielle Spiralform der Striche des Maßstabs der Codescheibe wird aber dennoch eine hohe Signalgenauigkeit erzielt.It But it can also be provided that the encoder as optical Encoder is formed, wherein the code disc has an outer diameter in the range of about 30 mm to 500 mm and the width of the Dashes of the scale of the code disc is more than 1 mm. This way, you can make bigger, more discreet built optical encoder can be produced. The production of Codewheel is cast, for example, by injection. As a code disk but also a structured plastic part or a stamped part can be used. As a sensor of the encoder then used discretely constructed photodiodes. This is a cheap one Production of the encoder possible. Due to the special spiral shape but the dashes of the scale of the code disc is still achieved a high signal accuracy.

Vorteilhafterweise kann ferner auch vorgesehen sein, dass der Encoder als induktiver Encoder ausgebildet ist, wobei die Codescheibe einen Außendurchmesser in einem Bereich von etwa 10 mm bis 150 mm aufweist und die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis 3 mm, vorzugsweise 1,2 mm liegt. Die Codescheibe weist also sehr filigrane Strukturen auf. Es ist somit möglich, hochintegrierte Encoder mit filigranen Strukturen herzustellen. Dank der oben angegebenen speziellen Spiralform der Striche des Maßstabs werden sehr genaue Signale erzeugt.Advantageously, it can also be provided that the encoder is designed as an inductive encoder, wherein the code disc an outer diameter in a range of about 10 mm to 150 mm and the width of the bars of the scale of the code disk in a range of about 0.1 mm to 3 mm, preferably 1.2 mm. The code disc thus has very filigree structures. It is thus possible to produce highly integrated encoders with filigree structures. Thanks to the special spiral shape of the scales of the scale specified above, very accurate signals are generated.

In noch einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Encoder als induktiver Encoder ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser der Codescheibe in einem Bereich von etwa 30 mm bis 500 mm liegt und die Breite der Striche des Maßstabs größer als 3 mm ist und maximal etwa 30 mm beträgt. Auch hier können also größere induktive Encoder bereitgestellt werden, die dann diskret aufgebaut sind und diskret angeordnete Spulen aufweisen. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Codescheibe mit der neuen Spiralform der Striche des Maßstabs ist es also möglich, kostengünstige induktive Encoder herzustellen, die dennoch eine hohe Signalgenauigkeit aufweisen.In Yet another embodiment may be provided that the encoder is designed as an inductive encoder, wherein the Outer diameter of the code disk in a range of about 30 mm to 500 mm and the width of the bars of the scale is greater than 3 mm and maximum about 30 mm. Here, too, can be larger inductive Encoder are provided, which are then discretely constructed and having discretely arranged coils. By using the code disc according to the invention with the new spiral shape of the bars of the scale it is So possible, inexpensive inductive encoder produce, yet have a high signal accuracy.

Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf einen Elektromotor mit einer oben beschriebenen Codescheibe. Der Linearsensor des Encoders kann sich extern zum Motor befinden, was sehr gerne bei Druckern und Motoren in hermetisch abgeschlossenen Gehäusen eingesetzt wird. Es handelt sich dabei dann um einen offenen oder extern realisierten Encoder. Dieser Encoder weist die bereits beschriebenen Vorteile auf.Further The invention also relates to an electric motor with a Code disc described above. The linear sensor of the encoder can be external to the engine, which is very popular with printers and motors used in hermetically sealed housings. It is then an open or externally realized Encoder. This encoder has the advantages already described on.

In einer weiteren Variante kann vorgesehen werden, dass ein Elektromotor einen oben beschriebenen Encoder aufweist. In diesem Fall ist der Encoder in den Elektromotor integriert. Der Elektromotor weist also die bereits beschriebenen Vorteile auf. So ist es möglich, Kleinstmotoren bereitzustellen, die Encoder mit einer relativ groben Linienbreite aufweisen und mit einem Linearsensor abgetastet werden können. Dadurch werden einfache, kostengünstige Motoren bereitgestellt.In A further variant may be provided that an electric motor has an encoder described above. In this case, the Encoder integrated in the electric motor. The electric motor has so the advantages already described. So it is possible To provide micromotors, the encoders with a relatively coarse Have line width and can be scanned with a linear sensor. This provides simple, low-cost engines.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:in the Below, the invention with reference to a drawing explained. Show it:

1 Codescheibe mit einem Maßstab gemäß dem Stand der Technik, 1 Coded disc with a scale according to the prior art,

2 Codescheibe mit dem erfindungsgemäßen Maßstab, 2 Code disc with the scale according to the invention,

3a Vergrößerung eines Ausschnitts des Maßstabs aus 1, 3a Enlargement of a section of the scale 1 .

3b Vergrößerung eines Ausschnitts des Maßstabs aus 2, 3b Enlargement of a section of the scale 2 .

4 Codescheibe mit Kennzeichnung der Sensorpositionen, 4 Code disc with identification of the sensor positions,

5 weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Codescheibe, 5 further embodiment of a code disc according to the invention,

6 optischer Encoder mit einer erfindungsgemäßen Codescheibe, und 6 optical encoder with a code disk according to the invention, and

7 induktiver Encoder mit einer erfindungsgemäßen Codescheibe. 7 inductive encoder with a code disk according to the invention.

Die Codescheiben bzw. Encoder sind nicht maßstabsgetreu dargestellt.The Coded discs or encoders are not shown to scale.

1 zeigt eine Codescheibe 1 mit einem kreisringförmigen Abtastbereich 2. In dem kreisringförmigen Abtastbereich 2 ist ein Maßstab aus im Wesentlichen spiralförmigen, parallelen Strichen 3 angeordnet. Die spiralförmigen Striche 3 sind wie in der US 5,017,776 beschrieben ausgebildet. Jeder der spiralförmigen Striche 3 folgt also der Gleichung r = k·φ. Dabei ist r der Radius und φ der Drehwinkel. Durch diese Gleichung wird eine archimedische Spirale dargestellt. Jeder der Striche 3 ist also als Teilstück einer archimedischen Spirale ausgebildet. Eine archimedische Spirale stellt die Bewegungsbahn eines Punktes dar, der mit konstanter Geschwindigkeit auf eine Gerade, die durch den Mittelpunkt einer Kreisscheibe verläuft, nach außen wandert, während die Kreisscheibe mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird. Eine archimedische Spirale zeichnet sich dadurch aus, dass ihr Windungsabstand konstant ist. Nimmt der Radius r große Werte an, so dass die archimedische Spirale schon fast tangential zu einem Kreis verläuft, so sind die Striche im Wesentlichen äquidistant zueinander. Der Abstand der Striche zueinander wird dabei so bestimmt, dass zuerst das Lot auf die Striche gefällt wird und der Abstand zwischen zwei Strichen der Strecke des Lots zwischen den zwei Strichen entspricht. Vor allem bei kleinen Radien r gibt es für benachbarte Striche, die gemäß einer archimedischen Spirale ausgebildet sind, kein gemeinsames Lot. Diese Striche sind daher nicht äquidistant zueinander. 1 shows a code disc 1 with an annular scanning area 2 , In the annular scanning region 2 is a scale of essentially helical, parallel lines 3 arranged. The spiral lines 3 are like in the US 5,017,776 described trained. Each of the spiral strokes 3 follows the equation r = k · φ. Where r is the radius and φ is the angle of rotation. This equation represents an Archimedean spiral. Each of the strokes 3 is thus formed as part of an Archimedean spiral. An Archimedean spiral represents the trajectory of a point traveling at a constant velocity on a straight line passing through the center of a circular disk, while the disk is rotated at a constant speed. An Archimedean spiral is characterized by the fact that its winding distance is constant. If the radius r assumes large values, so that the Archimedean spiral already runs almost tangentially to a circle, then the lines are essentially equidistant from each other. The distance of the lines to each other is determined in such a way that first the solder is cut on the lines and the distance between two lines corresponds to the distance of the solder between the two lines. Especially for small radii r there is no common solder for adjacent strokes, which are formed according to an Archimedean spiral. These lines are therefore not equidistant from each other.

2 zeigt eine Codescheibe 11 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Codescheibe 11 umfasst ebenfalls einen kreisringförmigen Abtastbereich 12, in dem zueinander paral lele, spiralförmige Striche 13 ausgebildet sind. Auch die Codescheibe 11 ist als Kreisring ausgebildet. Die spiralförmigen Striche 13 bilden einen Maßstab aus, der von einem Sensor eines Encoder auslesbar ist. Jeder der Striche 13 weist einen konstanten Abstand a zum nächsten Strich 13 auf, der um einen Winkel Δφ von dem ersten Strich 13 verschoben ist. Der Winkel Δφ ergibt sich aus der Anzahl n der Striche des Maßstabs und ist durch die Gleichung Δφ = n definiert. Die Striche 13 verlaufen also jeweils äquidistant zueinander, so dass über die gesamte Breite des Abtastbereichs 12 der Abstand zwischen zwei nebeneinander liegenden Strichen 13 konstant ist. Der Abstand zwischen zwei Strichen 13 wird dabei so bestimmt, dass zunächst das Lot auf die zwei Striche gefällt wird. Das Lot steht senkrecht auf beide Striche 13. Der Abstand zwischen den Strichen 13 ist dann die Strecke auf dem Lot zwischen den zwei Schnittpunkten des Lots mit den Strichen 13. 2 shows a code disc 11 according to the present invention. The code disc 11 also includes an annular sensing region 12 in which parallel to each other, helical strokes 13 are formed. Also the code disc 11 is designed as a circular ring. The spiral lines 13 Form a scale that can be read by a sensor of an encoder. Each of the strokes 13 has a constant distance a to the next stroke 13 on, by an angle Δφ from the first bar 13 is moved. The angle Δφ is given by the number n of bars of the scale and is given by the equation Δφ = n Are defined. The strokes 13 Thus, each equidistant to each other, so that over the entire width of the scanning area 12 the distance between two adjacent lines 13 is constant. The distance between two bars 13 is determined so that first the lot is felled on the two strokes. The perpendicular is perpendicular to both strokes 13 , The distance between the strokes 13 then the stretch is on the lot between the two intersections of the lot with the strokes 13 ,

Die spiralförmigen Striche 13 des Maßstabs sind also derart ausgebildet, dass sie eine gedachte Gerade 14 derart schneiden, dass die in den Schnittpunkten 15 an die spiralförmigen Striche 13 angelegten Tangenten 16 senkrecht zu der gedachten Geraden 14 und parallel zueinander verlaufen. Die Tangenten 16 sind also äquidistant zueinander. Eine solche gedachte Gerade existiert für beliebige nebeneinander angeordnete Striche 13. Da die Tangenten 16 äquidistant zueinander sind, können sie mit einem Linearsensor ausgelesen werden. Als Sensor eines Encoders mit der erfindungsgemäßen Codescheibe kann daher ein Linearsensor eingesetzt werden.The spiral lines 13 of the scale are thus designed so that they are an imaginary line 14 cut in such a way that in the intersections 15 to the spiral lines 13 created tangents 16 perpendicular to the imaginary line 14 and run parallel to each other. The tangents 16 are therefore equidistant to each other. Such an imaginary line exists for any juxtaposed strokes 13 , Because the tangents 16 Equidistant to each other, they can be read with a linear sensor. As a sensor of an encoder with the code disk according to the invention, therefore, a linear sensor can be used.

Vorzugsweise sind die spiralförmigen Striche 13 des Maßstabs als Kreisevolventen ausgebildet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die spiralförmigen Striche 13 des Maßstabs gemäß der Gleichung

Figure 00070001
gebildet sind. Die Konstante k ist folgendermaßen definiert: k = a·n . k entspricht dem Minimalradius, den der innere Rand des kreisringförmigen Abtastbereichs 12 mindestens annehmen muss, da sonst der Radikand der obigen Gleichung negativ wird. Dabei ist a der gewünschte Abstand zwischen den Strichen 13 des Maßstabs und n die Anzahl der Striche 13 des Maßstabs. Die gedachte Gerade 14 ist dann vorzugsweise eine Tangente an einen Kreis mit dem Minimalradius k.Preferably, the helical strokes 13 of the scale trained as Kreisvolventen. This can be achieved by making the spiral strokes 13 of the scale according to the equation
Figure 00070001
are formed. The constant k is defined as follows: k = at , k corresponds to the minimum radius that the inner edge of the annular scanning region 12 at least, otherwise the radical of the above equation becomes negative. Where a is the desired distance between the bars 13 scale and n the number of strokes 13 of the scale. The imaginary straight line 14 is then preferably a tangent to a circle with the minimum radius k.

Die Spiralbahn der Kreisevolventen bzw. spiralförmigen Striche 13 lässt sich beschreiben durch die Abwicklung von Kreistangenten außen an einem Kreis. Wird eine Tangente an einen Kreis an dem Kreis abgerollt, so beschreibt der Punkt der Kreistangente, an dem die Kreistangente ursprünglich an dem Kreis anlag, eine spiralförmige Kurve, die Kreisevolvente. Im vorliegenden Fall weist der Kreis, an dem die Kreistangente abgerollt wird, einen Radius k auf, mit k = a·n . The spiral path of the circle involutes or spiral lines 13 can be described by the development of circle tangents on the outside of a circle. When a tangent is rolled to a circle on the circle, the point of the circle tangent to which the circle tangent originally attached to the circle describes a spiral curve, the circle involute. In the present case, the circle on which the circle tangent is unrolled, a radius k, with k = at ,

Wie bereits beschrieben, stellt die Konstante k den optischen Radius bzw. den Minimalradius der Codescheibe 11 dar. Der innere Radius ri des Abtastbereichs 12 der Codescheibe 11 darf nicht kleiner werden als der optische Radius k, da ansonsten der Radikand der vorstehend angegebenen Gleichung negativ würde. Die erfindungsgemäße Codescheibe 11 zeichnet sich dadurch aus, dass auch in dem Bereich, an dem Radius der Codescheibe sehr nahe an dem optischen Radius k liegt, noch eine gute Abtastung der Codescheibe möglich ist.As already described, the constant k represents the optical radius or the minimum radius of the code disk 11 The inner radius r i of the scanning area 12 the code disc 11 must not be smaller than the optical radius k, otherwise the radical of the equation given above would be negative. The code disk according to the invention 11 is characterized by the fact that even in the region where the code disc's radius is very close to the optical radius k, good sampling of the code disc is still possible.

3a zeigt einen vergrößerten Teilbereich der Codescheibe 1 gemäß dem nächstliegenden Stand der Technik aus 1. 3b zeigt einen vergrößerten Teilbereich der erfindungsgemäßen Codescheibe 11 aus 2. In dieser Gegenüberstellung ist der Unterschied zwischen dem aus dem Stand der Technik bekannten Maßstab gemäß 1 und dem erfindungsgemäßen Maßstab, wie er in 2 gezeigt ist, deutlich zu sehen. 3a shows an enlarged portion of the code disk 1 according to the closest prior art 1 , 3b shows an enlarged portion of the code disc according to the invention 11 out 2 , In this comparison, the difference between the scale known from the prior art according to 1 and the scale according to the invention, as described in 2 shown clearly.

Zwar nähern sich Kreisevolventen und archimedische Spiralen mit zunehmender Windungszahl immer stärker aneinander an. Vor allem im kleinen Winkelbereich und bei kleinen Radien sind aber starke Unterschiede zwischen dem Verlauf einer Kreisevolvente und einer archimedischen Spirale vorhanden.Though Circle curves and Archimedean spirals approach with increasing number of turns more and more to each other. But especially in the small angle range and small radii are strong differences between the course of a circle involute and an Archimedean spiral present.

Wie in 3b dargestellt, sind die spiralförmigen Striche 13 des Maßstabs der Codescheibe 11 derart ausgebildet, dass sie mit einer gedachten Geraden 14 Schnittpunkte 15 aufweisen. Die gedachte Gerade 14 ist vorzugsweise eine Kreistangente an den inneren kreisförmigen Rand des Abtastbereichs 12. Dieser Innenkreis des Abtastbereichs weist vorzugsweise den Radius k, also den Minimalradius auf. In den Schnittpunkten 15 können Tangenten 16 an die spiralförmigen Striche 13 angelegt werden. Diese Tangenten 16 verlaufen senkrecht zu der gedachten Geraden 14 sowie parallel zueinander. Der Abstand a zwischen zwei benachbarten Tangenten 16 ist immer gleich und entspricht dem Abstand a zwischen zwei nebeneinander angeordneten Strichen 13. Die Tangenten 16 sind daher äquidistant.As in 3b shown are the spiral lines 13 the scale of the code disc 11 designed so that they with an imaginary line 14 intersections 15 exhibit. The imaginary straight line 14 is preferably a circular tangent to the inner circular edge of the scanning area 12 , This inner circle of the scanning region preferably has the radius k, ie the minimum radius. In the intersections 15 can be tangents 16 to the spiral lines 13 be created. These tangents 16 are perpendicular to the imaginary line 14 as well as parallel to each other. The distance a between two adjacent tangents 16 is always the same and corresponds to the distance a between two adjacent bars 13 , The tangents 16 are therefore equidistant.

Wie in 3a zu sehen, ist dies bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Maßstab der Codescheibe 1 nicht der Fall. Hier verlaufen die in den Schnittpunkten der Striche 3 mit einer gedachten Geraden 4, bzw. der Kreistangenten, an die Striche 3 angelegten Tangenten 6 nicht parallel zueinander. Die Tangenten 6 schließen mit der gedachten Geraden 4 unterschiedliche Winkel ein, und sind daher auch nicht äquidistant zueinander.As in 3a This is in the known from the prior art scale of the code disk 1 not the case. Here are the intersections of the lines 3 with an imaginary straight line 4 , or the circle trainee, to the strokes 3 created tangents 6 not parallel to each other. The tangents 6 close with the imaginary line 4 different angles, and therefore are not equidistant from each other.

Aus dieser Gegenüberstellung ist daher gut zu sehen, dass der Maßstab mit den spiralförmigen Strichen 13 der vorliegenden Erfindung Rotationsbewegungen in einen äquidistanten Linearmaßstab umsetzbar macht. Dadurch ist es möglich, relativ kostengünstige Linearsensoren zur Abtastung des Maßstabs der Codescheibe 11 einzusetzen. Die Linearsensoren weisen üblicherweise eine gewisse Längserstreckung auf und tasten daher die an die Striche 13 angelegten Tangenten ab. Die ermittelte Spiralform der Striche 13 ist selbst für Codescheiben bei engsten Verhältnissen gut einsetzbar. Die Codescheibe 11 mit einem Maßstab aus spiralförmigen, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Strichen 13, wie sie in den 2 und 3b gezeigt ist, lässt sich bei allen Arten von Encodern einsetzen, bei welchen ein Maßstab lokal abgetastet wird. Eine entsprechend ausgebildete Codescheibe kann deshalb für induktive, optische (reflektive und transmissive), kapazitive und Wirbelstrom-Encoder eingesetzt werden.From this comparison, it is therefore easy to see that the scale with the spiral lines 13 makes the present invention rotational movements in an equidistant linear scale feasible. This makes it possible to use relatively inexpensive linear sensors for scanning the scale of the code disk 11 use. The linear sensors usually have a certain longitudinal extension and therefore touch the strokes 13 applied tangents. The determined spiral shape of the strokes 13 is easy to use even for code disks in the tightest of conditions. The code disc 11 with a scale of spiral, substantially parallel lines 13 as they are in the 2 and 3b can be used in all types of encoders in which a scale is scanned locally. An appropriately designed code disk can therefore be used for inductive, optical (reflective and transmissive), capacitive and eddy-current encoders.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Codescheibe 11'. Die Codescheibe 11' entspricht im Wesentlichen der bereits beschriebenen Codescheibe, so dass für gleiche Bauteile bzw. Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die Codescheibe 11' weist einen kreisringförmigen Abtastbereich 12 auf. In dem Abtastbereich 12 sind acht spiralförmige, parallel zueinander verlaufende Striche 13 ausgebildet, die den Maßstab der Codescheibe 11' bilden. Der Winkel Δφ, um den benachbarte Striche 13 jeweils zueinander verschoben sind, beträgt also 45°. Der Abstand a zwischen den Strichen 13 beträgt 1,2 mm. Die Empfindlichkeit der Codescheibe 11' beträgt daher 37,5°/mm. 4 shows a further embodiment of a code disc according to the invention 11 ' , The code disc 11 ' essentially corresponds to the code disk already described, so that the same reference numerals are used for the same components or elements. The code disc 11 ' has an annular scanning region 12 on. In the scanning area 12 are eight spiral-shaped, parallel lines 13 formed the scale of the code disk 11 ' form. The angle Δφ to the adjacent bars 13 are each shifted to each other, that is 45 °. The distance a between the bars 13 is 1.2 mm. The sensitivity of the code disk 11 ' is therefore 37.5 ° / mm.

Wie bereits beschrieben, sind die spiralförmigen Striche 13 des Maßstabs derart ausgebildet, dass sie eine gedachte Gerade derart schneiden, dass die in den Schnittpunkten an die spiralförmigen Striche 13 angelegten Tangenten äquidistant zueinander sind und senkrecht zu der Geraden sowie parallel zueinander verlaufen. Die spiralförmigen Striche 13 sind also wiederum als Kreisevolventen ausgebildet. Die Kreisevolventen folgen der bereits angegebenen Gleichung. Wird die Codescheibe 11' in einem Encoder einge setzt, so wird in dem Bereich einer ersten der gedachten Geraden der jeweilige Sensor des Encoders angeordnet. Die gedachte Gerade ist vorzugsweise wieder als Tangente an einen mit dem kreisringförmigen Abtastbereich 12 konzentrischen Kreis ausgebildet. Vorzugsweise weist der Kreis den Radius k auf, wobei k der Minimalradius ist. In 4 entspricht dieser Kreis dem inneren Rand des Abtastbereichs 12.As already described, the spiral lines are 13 Scale formed such that they intersect an imaginary straight line such that in the intersections of the spiral lines 13 applied tangents are equidistant to each other and perpendicular to the line and parallel to each other. The spiral lines 13 are therefore again trained as circle involute. The circle involutes follow the equation already given. Will the code disk 11 ' in an encoder sets, then the respective sensor of the encoder is arranged in the region of a first of the imaginary line. The imaginary straight line is preferably again as a tangent to one with the annular scanning region 12 formed concentric circle. Preferably, the circle has the radius k, where k is the minimum radius. In 4 this circle corresponds to the inner edge of the scanning area 12 ,

In 4 sind zwei Sensorpositionen dargestellt. Das Rechteck stellt die mögliche Lage eines optischen Linearsensors 17 dar. Der optische Linearsensor 17 überstreckt fast die gesamte Breite des kreisringförmigen Abtastbereichs. Der Linearsensor 17 erfasst dann also eine Mehrzahl der spiralförmigen Striche 13, so dass die Codescheibe 11' auch bei Verschmutzungen zuverlässig abgetastet werden kann und zuverlässig ein Positionssignal erzeugt werden kann. Das Quadrat gibt die mögliche Lage eines induktiven Linearsensors 18 an. Der induktive Linearsensor 18 ist entlang einer weiteren der gedachten Geraden 14 angeordnet, die derart ausgebildet ist, dass die an die spiralförmigen Striche 13 in den Schnittpunkten mit der Geraden 14 angelegten Tangenten senkrecht zu der weiteren Geraden 14 und parallel zueinander verlaufen und somit äquidistant zueinander angeordnet sind. Auch die weitere gedachte Gerade 14 ist vorzugsweise als eine Tangente an einen mit dem kreisringförmigen Abtastbereich 12 konzentrischen Kreis mit dem Minimalradius k, besonders bevorzugt als Tangente an den inneren Rand des Abtastbereichs 12 ausgebildet. Der optische Linearsensor 17 und der induktive Linearsensor 18 tasten also die Tangenten 16 ab, die in den Schnittpunkten der spiralförmigen Striche bzw. der Kreisevolventen 13 mit der gedachten Geraden an den Strichen 13 anliegen. So wird ein genaues, zuverlässiges Signal erzeugt.In 4 two sensor positions are shown. The rectangle represents the possible position of an optical linear sensor 17 dar. The optical linear sensor 17 spans almost the entire width of the circular scan area. The linear sensor 17 then detects a majority of the spiral lines 13 so that the code disk 11 ' can be reliably scanned even with contamination and reliably a position signal can be generated. The square indicates the possible position of an inductive linear sensor 18 at. The inductive linear sensor 18 is along another of the imaginary straights 14 arranged, which is formed such that the spiral to the strokes 13 in the intersections with the line 14 applied tangents perpendicular to the further straight line 14 and parallel to each other and thus are arranged equidistant from each other. Also the other imaginary straight line 14 is preferably as a tangent to one with the annular scanning region 12 concentric circle with the minimum radius k, particularly preferably as a tangent to the inner edge of the scanning 12 educated. The optical linear sensor 17 and the inductive linear sensor 18 so touch the tangents 16 at the intersections of the spiral lines or circle involutes 13 with the imaginary line on the lines 13 issue. This produces an accurate, reliable signal.

Durch die Abtastung der parallel zueinander verlaufenden Tangenten 16 kann ein Linearsensor selbst auf kleinen kreisförmigen Codescheiben eingesetzt werden. Der Außendurchmesser da der Codescheibe 11' ist in weiten Bereichen frei wählbar und liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 2 mm bis 140 mm. So kann beispielsweise ein Encoder mit einer Codescheibe mit 3 mm Außendurchmesser als optischer Encoder mit einem 256 dpi Sensor realisiert werden. Ein Encoder mit einer Codescheibe mit 10 mm Außendurchmesser kann als induktiver Encoder mit 1,2 mm Strichabstand realisiert werden. Weiterhin kann beispielsweise ein optischer Encoder mit einer Codescheibe mit 30 mm Durchmesser mit Pseudo-Random-Cyclic Code und einer 180 dpi Spur realisiert werden. Wie 4 zeigt, können die Codescheiben 11' mit relativ groben Linienbreiten selbst für Kleinstmotoren eingesetzt werden, ohne dass eine radiale Abtastung der Co descheiben erforderlich ist. Es sind aber auch Codescheiben mit größeren Außendurchmessern möglich.By scanning the parallel tangents 16 For example, a linear sensor can be used even on small circular code discs. The outer diameter because of the code disc 11 ' is freely selectable in wide ranges and is preferably in a range of about 2 mm to 140 mm. For example, an encoder with a code disc with 3 mm outer diameter can be realized as an optical encoder with a 256 dpi sensor. An encoder with a code disc with 10 mm outer diameter can be realized as inductive encoder with 1.2 mm pitch. Furthermore, for example, an optical encoder with a code disk with 30 mm diameter can be realized with pseudo-random-cyclic code and a 180 dpi track. As 4 shows, the code disks can 11 ' be used with relatively coarse line widths even for micro motors, without a radial scanning of the Co descheiben is required. But there are also code discs with larger outer diameters possible.

5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer Codescheibe 11'' für einen induktiven Encoder. Dieser Encoder wird vorzugsweise in einem Flachmotor eingesetzt. Die Codescheibe 11'' ist durch eine am Rotor des Flachmotors angebrachte Leiterplatte (PCB) ausgebildet. Die Codescheibe 11'' weist einen Außendurchmesser von etwa 90 mm auf. Der Maßstab der Codescheibe 11'' setzt sich aus 200 Strichen 13 zusammen. Der Abstand a zwischen den Strichen 13 beträgt etwa 1,2 mm. Die Codescheibe 11'' weist daher eine Empfindlichkeit von 1,5°/mm auf. Der Winkel Δφ, um den benachbarte Striche 13 jeweils zueinander verschoben sind, beträgt hier also 1,8°. Der optische Radius k beträgt hier 38,2 mm und entspricht nicht dem Innenradius des Abtastbereichs der Codescheibe, sondern wurde so gewählt, dass eine runde Linienzahl resultiert. Die aktive Sensorfläche beträgt ca. 2,5 mm × 2,5 mm. Vorzugsweise ist der Maßstab durch eine auf das Grundmaterial der Leiterplatte (normalerweise FR4, d. h. mit Epoxidharz getränkte Glasfaserplatten) aufgebrachte Kupferschicht ausgebildet. 5 shows yet another embodiment of a code disk 11 '' for an inductive encoder. This encoder is preferably used in a flat motor. The code disc 11 '' is formed by a printed circuit board (PCB) attached to the rotor of the flat motor. The code disc 11 '' has an outer diameter of about 90 mm. The scale of the code disc 11 '' consists of 200 strokes 13 together. The distance a between the bars 13 is about 1.2 mm. The code disc 11 '' therefore has a sensitivity of 1.5 ° / mm. The angle Δφ to the adjacent bars 13 are each shifted to each other, here is 1.8 °. The optical radius k is here 38.2 mm and does not correspond to the inner radius of the scanning range of the code disk, but was chosen so that a round line number results. The active sensor area is approx. 2.5 mm × 2.5 mm. Preferably the scale formed by a on the base material of the circuit board (usually FR4, ie impregnated with epoxy resin fiberglass panels) applied copper layer.

Selbst für große Codescheiben lohnt sich das angesprochene Verfahren. Die Ausbildung des Maßstabs der Codescheibe 11'' durch parallel zueinander verlaufende spiralförmige Striche, die der Gleichung

Figure 00110001
folgen, ist auch dann möglich, wenn weniger Striche verlangt werden als theoretisch möglich sind, wo also die Striche schräg statt konzentrisch verlaufen.Even for large code disks worth the mentioned procedure. The formation of the scale of the code disk 11 '' by parallel helical strokes corresponding to the equation
Figure 00110001
is possible even if fewer strokes are required than are theoretically possible, ie where the strokes are oblique instead of concentric.

Wie bereits beschrieben, kann ein Encoder mit einer erfindungsgemäßen Codescheibe zur Abtastung des Maßstabs der Codescheibe mit einem Linearsensor ausgestattet werden. Der Linearsensor des Encoders ist dann vorzugsweise so angeordnet, dass er den Maßstab der Codescheibe entlang der gedachten Geraden abtastet und daher entlang der gedachten Geraden ausgerichtet ist. Es kann aber auch vorgesehen werden, den Linearsensor leicht verdreht zu der gedachten Geraden anzuordnen. Es werden dann etwas rundere Signale erhalten (Anti-Aliasing). Die gedachte Gerade ist vorzugsweise als Tangente an einen Kreis mit dem Minimalradius k ausgebildet.As already described, an encoder with an inventive Code disc for scanning the scale of the code disc be equipped with a linear sensor. The linear sensor of the Encoder is then preferably arranged to the scale the code disc scans along the imaginary line and therefore aligned along the imaginary line. But it can too be provided, the linear sensor slightly twisted to the imaginary To arrange straight lines. It will then get something rounder signals (Anti-aliasing). The imaginary line is preferably as a tangent formed on a circle with the minimum radius k.

Die Erfindung bezieht sich ferner auch auf einen optischen Encoder mit der erfindungsgemäßen Codescheibe und mit einem Linearsensor zum Auslesen der Codescheibe. Ein solcher optischer Encoder kann als hochauflösende Variante für Kleinst- und Kleinmotoren hergestellt werden. Die Codescheibe ist wie oben beschrieben ausgebildet und weist einen Außendurchmesser im Bereich von etwa 2 mm bis 140 mm auf. Die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe liegt dabei in einem Bereich von 0,05 mm bis 1 mm. Die Codescheibe ist dann also fein strukturiert und wird beispielsweise durch Elektroformieren, Sputtern, Photolithographie, Photoresistbelichten oder andere Feinstrukturierungsmaßnahmen hergestellt. Der Sensor des optischen Encoders ist in diesem Fall durch eine integrierte Schaltung ausgebildet.The The invention also relates to an optical encoder the code disk according to the invention and with a Linear sensor for reading the code disc. Such an optical Encoder can be used as a high-resolution variant for and small motors are manufactured. The code disc is as above described trained and has an outer diameter in the range of about 2 mm to 140 mm. The width of the strokes the scale of the code disc lies in one area from 0.05 mm to 1 mm. The code disc is then so finely structured and is, for example, by electroforming, sputtering, photolithography, Photoresist or other fine patterning made. The sensor of the optical encoder is in this case by a integrated circuit formed.

Vor allem bei Codescheiben mit einem Außendurchmesser in der oberen Hälfte des angegebenen Bereichs entsteht durch das Abtasten vieler aufeinander folgender Striche des Maßstabs ein besonderer Vorteil. Es ist dann eine bessere Phasenermittlung für die Interpolation möglich, zudem besteht die Möglichkeit, längere Pseudo-Random- oder andere Codes abzutasten.In front especially with code discs with an outer diameter in the Upper half of the specified range is created by the Scanning many successive bars of the scale a special advantage. It is then a better phase determination possible for interpolation, and there is also the possibility to sample longer pseudo-random or other codes.

6 zeigt ein Beispiel für einen hochauflösenden optischen Encoder 19 mit einer erfindungsgemäßen Codescheibe 11'''. Die Codescheibe 11''' umfasst wieder einen kreisringförmigen Abtastbereich 12''' mit spiralförmigen Strichen 13. Die spiralförmigen Striche 13 sind wiederum als Kreisevolventen an den inneren kreisförmigen Rand des Abtastbereichs 12''' ausgebildet. Die Kreisevolventen, bzw. die spiralförmigen Striche 13 folgen der bereits angegebenen Gleichung. Der Encoder 19 ist ebenfalls kreisringförmig und weist in der Mitte eine Öffnung 20 auf, so dass der Encoder 19 auf eine Welle aufgesteckt werden kann. Der Abtastbereich 12''' der Codescheiben 11''' ist im äußeren Bereich des Encoders 19 angeordnet. Der benachbart zu der Öffnung 20 angeordnete Bereich des Encoders 19 weist keine Maßverkörperung auf. Die Codescheibe 11''' ist vorzugsweise als eine Scheibe mit 256 dpi ausgebildet. Der Linienabstand der Striche 13 des Maßstabs beträgt 0,1 mm. Der Encoder 19 ist also als Encoder mit einem 256 dpi-Sensor realisiert. Der Durchmesser der Codescheibe 11''' beträgt vorzugsweise 3 mm. Die Welle, auf die der Encoder 19 aufgesteckt werden kann, hat einen Wellendurchmesser von 1 mm. Auf dem Encoder 19 ist die Position des Linearsensors 17 angegeben. Der Linearsensor 17 ist entlang der gedachten Geraden ausgerichtet, die so ausgebildet ist, dass die Tangenten an die spiralförmigen Striche 13 in den Schnittpunkten der spiralförmigen Striche 13 mit der gedachten Geraden äquidistant zueinander sind. Vorzugsweise ist die gedachte Gerade eine Tangente an den inneren Rand des Abtastbereichs 12''' der Codescheibe 11''', bzw. an einen mit dem kreisringförmigen Abtastbereich 12''' konzentrischen Kreis mit dem Minimalradius k. Da der Encoder als optischer Encoder ausgebildet ist, wird als Sensor ein optischer Linearsensor 17 eingesetzt. Wie in 6 deutlich zu erkennen, tastet der Linearsensor 17 den Abstand zwischen vier Strichen, also vier Perioden ab. Die aktive Fläche des Sensors beträgt etwa 0,4 mm × 0,2 mm. 6 shows an example of a high-resolution optical encoder 19 with a code disk according to the invention 11 ''' , The code disc 11 ''' again comprises an annular scanning region 12 ''' with spiral lines 13 , The spiral lines 13 are again as circle involutes to the inner circular edge of the scanning area 12 ''' educated. The circle involutes, or the spiral lines 13 follow the equation already given. The encoder 19 is also circular and has an opening in the middle 20 on, so the encoder 19 can be plugged onto a shaft. The scanning range 12 ''' the code discs 11 ''' is in the outer area of the encoder 19 arranged. The one next to the opening 20 arranged area of the encoder 19 has no measuring standard. The code disc 11 ''' is preferably formed as a disk with 256 dpi. The line spacing of the bars 13 the scale is 0.1 mm. The encoder 19 is thus implemented as an encoder with a 256 dpi sensor. The diameter of the code disc 11 ''' is preferably 3 mm. The shaft to which the encoder 19 can be plugged, has a shaft diameter of 1 mm. On the encoder 19 is the position of the linear sensor 17 specified. The linear sensor 17 is aligned along the imaginary line, which is designed so that the tangents to the spiral lines 13 in the intersections of the spiral lines 13 with the imaginary line are equidistant to each other. Preferably, the imaginary line is a tangent to the inner edge of the scanning area 12 ''' the code disc 11 ''' , or to one with the annular scanning region 12 ''' concentric circle with the minimum radius k. Since the encoder is designed as an optical encoder, the sensor is an optical linear sensor 17 used. As in 6 clearly recognizable, the linear sensor feels 17 the distance between four lines, ie four periods. The active area of the sensor is about 0.4 mm × 0.2 mm.

Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäßen Codescheiben mit den wie oben beschrieben ausgebildeten spiralförmigen Strichen des Maßstabs mit größeren Durchmessern für größere optische Encoder herzustellen. Die Codescheiben weisen dann einen Außendurchmesser im Bereich von etwa 30 mm bis 500 mm auf und die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe ist größer als 1 mm. Diese Codescheiben weisen also gröbere Strukturen auf und können beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt werden. Es ist auch denkbar, strukturierte Kunststoffteile oder Stanzteile als Codescheiben einzusetzen. Die optischen Encoder mit diesen Codescheiben können diskret aufgebaut sein. Als Sensor werden vorzugsweise diskret aufgebaute Fotodioden eingesetzt. Diese größeren Encoder sind sehr günstig in der Herstellung. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Codescheibe mit der neuentwickelten Form der spiralförmigen Strichen, die der oben angegebenen Gleichung folgen, wird eine hohe Signalgenauigkeit erzielt.But it is also possible to produce the code disks according to the invention with the trained as described above spiral scale scale with larger diameters for larger optical encoder. The code discs then have an outer diameter in the range of about 30 mm to 500 mm and the width of the bars of the scale of the code disc is greater than 1 mm. So these code discs have coarser structures and can be made for example by injection molding. It is also conceivable to use structured plastic parts or stamped parts as code discs. The optical encoders with these code disks can be constructed discretely. The sensor used is preferably discrete photodiodes. These larger encoders are very cheap to manufacture. By using the code disc according to the invention with the neuentwickel The shape of the helical strokes following the equation given above achieves high signal accuracy.

Es ist auch möglich, induktive Encoder mit den erfindungsgemäßen Codescheiben auszurüsten. So kann die Codescheibe für einen induktiven Encoder beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie sehr filigrane Strukturen aufweist. Der Außendurchmesser der Codescheibe liegt dann in einem Bereich von etwa 10 mm bis 150 mm, die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe liegt in einem Bereich von etwa 0,1 bis 3 mm. Solch eine Codescheibe wird in hochintegrierten Encodern eingesetzt.It is also possible inductive encoder with the invention To equip code disks. So the code disc for an inductive encoder, for example, be designed so that she has very filigree structures. The outer diameter the code disc is then in a range of about 10 mm to 150 mm, the width of the bars of the scale of the code disk is in a range of about 0.1 to 3 mm. Such a code disc will used in highly integrated encoders.

7 zeigt ein Beispiel für einen solchen hochintegrierten induktiven Encoder 22. Der induktive Encoder 22 weist wiederum eine Codescheibe 11'''' mit einem kreisringförmigen Abtastbereich 12'''' auf. In dem Abtastbereich 12'''' sind die spiralförmigen Striche 13 angeordnet, die auch hier als Kreisevolventen an den inneren kreisförmigen Rand des Abtastbereichs 12'''' ausgebildet sind. Die Kreisevolventen 13 folgen der bereits angegebenen Gleichung. Der Encoder 22 ist ebenfalls kreisringförmig aufgebaut und weist in seiner Mitte eine Öffnung 21 auf, mittels der er auf eine Welle aufgesteckt werden kann. Der induktive Encoder 22 weist 16 spiralförmige Striche 13 auf, der Außendurchmesser der Codescheibe 11'''' beträgt 15,3 mm. Auch dieser Encoder ist wieder so ausgebildet, dass sich die Codescheibe bzw. der Abtastbereich 12'''' der Codescheibe nicht bis zur Mitte des Encoders 22, d. h. bis zu der Öffnung 21, erstreckt. Der Abstand zwischen je zwei der spiralförmigen Striche 13 beträgt vorzugsweise 1,2 mm. Auf der Codescheibe 11'''' ist die Position des Linearsensors 18 angegeben. Der Linearsensor 18 ist wieder entlang einer Tangente an den inneren kreisförmigen Rand des Abtastbereichs 12'''' ausgerichtet. Der induktive Encoder 22 ist vorzugsweise als ein an der Welle eines Innenläufers angebrachter Träger mit einer aufgeklebten Leiterplatte (PCB) ausgebildet. 7 shows an example of such a highly integrated inductive encoder 22 , The inductive encoder 22 again has a code disk 11 '''' with an annular scanning area 12 '''' on. In the scanning area 12 '''' are the spiral strokes 13 arranged here also as circle involutes to the inner circular edge of the scanning area 12 '''' are formed. The circle involutes 13 follow the equation already given. The encoder 22 is also circular in shape and has an opening in its center 21 on, by means of which he can be plugged onto a shaft. The inductive encoder 22 has 16 spiral strokes 13 on, the outside diameter of the code disk 11 '''' is 15.3 mm. This encoder is again designed so that the code disc or the scanning 12 '''' the code disc not to the center of the encoder 22 ie up to the opening 21 , extends. The distance between every two of the spiral lines 13 is preferably 1.2 mm. On the code disc 11 '''' is the position of the linear sensor 18 specified. The linear sensor 18 is again along a tangent to the inner circular edge of the scanning area 12 '''' aligned. The inductive encoder 22 is preferably formed as a mounted on the shaft of an inner rotor carrier with a glued printed circuit board (PCB).

Für größere Motoren werden diskret aufgebaute induktive Encoder eingesetzt, die Codescheiben mit gröberen Strukturen aufweisen. Diese Codescheiben weisen einen Außendurchmesser in dem Bereich von etwa 30 mm bis 500 mm auf. Die spiralförmigen Striche 13 des Maßstabs dieser Codescheiben weisen Linienbreiten von mehr als 3 mm und maximal etwa 30 mm auf.For larger motors discretely constructed inductive encoders are used which have code disks with coarser structures. These code discs have an outer diameter in the range of about 30 mm to 500 mm. The spiral lines 13 The scale of these code discs have line widths of more than 3 mm and a maximum of about 30 mm.

Ferner ist es auch möglich, die erfindungsgemäß aufgebauten Codescheiben in kapazitiven Encodern einzusetzen. Die Codescheiben, die in kapazitive Encoder eingesetzt werden, weisen ebenfalls einen Außendurchmesser von etwa 10 bis 140 mm auf. Codescheiben mit filigranen Strukturen mit einer Linienbreite der spiralförmigen Striche im Bereich von 0,1 bis 3 mm werden für Encoder bis 60 mm Durchmesser eingesetzt. Diese Encoder werden für kleine Motoren angewandt, wobei sie in den Motor eingebaut oder an den Motor angebaut werden können. Codescheiben mit gröberen Strukturen mit Linienbreiten bis 50 mm werden für kapazitive Encoder mit einem Durchmesser bis 500 mm eingesetzt. Diese Encoder sind für größere Motoren geeignet und können ebenfalls an die Motoren angebaut oder in die Motoren eingebaut werden.Further it is also possible that inventively constructed Insert code disks in capacitive encoders. The code discs, which are used in capacitive encoder, also have one Outside diameter of about 10 to 140 mm. code discs with filigree structures with a line width of spiral Dashes in the range of 0.1 to 3 mm are for encoders used up to 60 mm in diameter. These encoders are for small Engines applied to the engine or to the Engine can be grown. Codewheiben with coarser Structures with line widths up to 50 mm are considered capacitive Encoder with a diameter up to 500 mm used. These encoders are suitable for larger engines and can also attached to the engines or installed in the engines become.

Vorteilhafterweise sind die spiralförmigen Striche 13 des Maßstabs der Codescheibe als Pseudo-Random-Cyclic Code ausgebildet. Auf diese Weise kann mit einer einzigen Spur eine Codescheibe für einen Absolut-Encoder oder einen Encoder mit Index realisiert werden. Zudem kann vorgesehen werden, dass eine Art von Modulation, beispielsweise Amplitudenmodulation, Phasenmodulation oder Pulsweitenmodulation, realisiert wird. Es kann auch die Spurbreite, der Spurabstand oder die Intensität des Maßstabs moduliert werden. Dabei ist eine analoge oder digitale Modulation möglich. Die erfindungsgemäßen Codescheiben können auf jegliche Art hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Codescheibe herzustellen, in dem elektroformiertes Metall auf einem Dielektrikum angebracht wird. Die Codescheibe kann auch durch Laserbeschriftung oder durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden. Weitere Herstellverfahren sind die PCB-Herstellung, beispielsweise Ätzen und Fotochemie, oder die Fotolithografie.Advantageously, the spiral lines 13 of the scale of the code disk formed as a pseudo-random-cyclic code. In this way, with a single track, a code disc for an absolute encoder or an encoder with index can be realized. In addition, it can be provided that a type of modulation, for example amplitude modulation, phase modulation or pulse width modulation, is realized. It is also possible to modulate the track width, the track pitch or the intensity of the scale. An analog or digital modulation is possible. The code discs according to the invention can be produced in any way. For example, it is possible to produce a code disk in which electroformed metal is mounted on a dielectric. The code disk can also be produced by laser marking or by machining. Further manufacturing methods are PCB production, for example etching and photochemistry, or photolithography.

Vorzugsweise wird ein Encoder mit der erfindungsgemäßen Codescheibe in einem Elektromotor zur Bestimmung der Position der Motorwelle eingesetzt.Preferably becomes an encoder with the code disk according to the invention in an electric motor to determine the position of the motor shaft used.

Es kann auch vorgesehen werden, einen Elektromotor mit der erfindungsgemäßen Codescheibe auszustatten. Der Linearsensor befindet sich dann extern zum Motor. Dies ist vor allem bei Druckern und Motoren in hermetisch abgeschlossenen Gehäusen relevant. Der Encoder ist dann offen oder extern realisiert.It can also be provided, an electric motor with the invention To equip code disc. The linear sensor is then external to the engine. This is especially hermetic in printers and motors completed housings relevant. The encoder is then open or externally realized.

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Claims (15)

Codescheibe (11, 11', 11'', 11''', 11'''') für einen Encoder mit einem kreisringförmigen Abtastbereich (12, 12''', 12''''), in welchem ein Maßstab aus im Wesentlichen spiralförmigen, parallelen Strichen (13) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Striche (13) des Maßstabs derart ausgebildet sind, dass sie eine gedachte Gerade (14) derart schneiden, dass die in den Schnittpunkten (15) an die spiralförmigen Striche (13) angelegten Tangenten (16) senkrecht zu der gedachten Geraden (14) und parallel zueinander verlaufen.Code disc ( 11 . 11 ' . 11 '' . 11 ''' . 11 '''' ) for an encoder with a circular scanning area ( 12 . 12 ''' . 12 '''' ) in which a scale of substantially helical, parallel lines ( 13 ), characterized in that the spiral-shaped lines ( 13 ) of the scale are designed such that they form an imaginary line ( 14 ) such that the in the intersections ( 15 ) to the spiral lines ( 13 ) created tangents ( 16 ) perpendicular to the imaginary line ( 14 ) and parallel to each other. Codescheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gedachte Gerade (14) eine Kreistangente an einen mit dem kreisringförmigen Abtastbereich (12, 12''', 12'''') konzentrischen Kreis mit dem Minimalradius k = a·n ist, wobei a der Abstand zwischen den Strichen (13) des Maßstabs und n die Anzahl der Striche (13) des Maßstabs ist.Code disc according to claim 1, characterized in that the imaginary line ( 14 ) a circular tangent to a with the annular sensing area ( 12 . 12 ''' . 12 '''' ) concentric circle with the minimum radius k = at where a is the distance between the bars ( 13 ) of the scale and n the number of strokes ( 13 ) of the scale. Codescheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Striche (13) des Maßstabs gemäß der Gleichung
Figure 00160001
gebildet sind, mit k = a·n , wobei a der Abstand zwischen den Strichen (13) des Maßstabs und n die Anzahl der Striche (13) des Maßstabs ist.
Code disc according to claim 1 or 2, characterized in that the spiral-shaped lines ( 13 ) of the scale according to the equation
Figure 00160001
are formed with k = at . where a is the distance between the bars ( 13 ) of the scale and n the number of strokes ( 13 ) of the scale.
Codescheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Striche (13) des Maßstabs als Pseudo-Random-Cyclic Code ausgebildet sind.Code disc according to one of claims 1 to 3, characterized in that the helical lines ( 13 ) of the scale are designed as a pseudo-random-cyclic code. Codescheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurbreite, der Spurabstand oder die Intensität des Maßstabs moduliert ist.Code disc according to one of claims 1 to 4, characterized in that the track width, the track pitch or the intensity of the scale is modulated. Encoder mit einer Codescheibe (11, 11', 11'', 11''', 11'''') gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zum Anbringen auf einer Welle und mit einem Linearsensor zum Abtasten des Maßstabs der Codescheibe (11, 11', 11'', 11''', 11'''').Encoder with a code disk ( 11 . 11 ' . 11 '' . 11 ''' . 11 '''' ) according to at least one of the preceding claims for mounting on a shaft and with a linear sensor for scanning the scale of the code disk ( 11 . 11 ' . 11 '' . 11 ''' . 11 '''' ). Encoder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearsensor entlang der gedachten Geraden (14) ausgerichtet ist.Encoder according to claim 6, characterized in that the linear sensor along the imaginary line ( 14 ) is aligned. Encoder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearsensor leicht verdreht gegenüber der gedachten Geraden (14) angeordnet ist.Encoder according to Claim 6, characterized in that the linear sensor is slightly twisted with respect to the imaginary straight line ( 14 ) is arranged. Encoder nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gedachte Gerade (14) eine Kreistangente an einen mit dem kreisringförmigen Abtastbereich (12, 12''', 12'''') konzentrischen Kreis mit dem Radius k = a a ·n ist, wobei a der Abstand zwischen den Strichen (13) des Maßstabs der Codescheibe und n die Anzahl der Striche (13) des Maßstabs ist.Encoder according to one of claims 6 to 8, characterized in that the imaginary line ( 14 ) a circular tangent to a with the annular sensing area ( 12 . 12 ''' . 12 '''' ) concentric circle with the radius k = a a · n where a is the distance between the bars ( 13 ) of the scale of the code disk and n the number of lines ( 13 ) of the scale. Optischer Encoder (19) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Codescheibe (11''') einen Außendurchmesser im Bereich von etwa 2 bis 140 mm aufweist und die Breite der Striche (13) des Maßstabs der Codescheibe in einem Bereich von etwa 0,05 mm bis 1 mm liegt.Optical encoder ( 19 ) according to one of claims 6 to 9, characterized in that the code disc ( 11 ''' ) has an outer diameter in the range of about 2 to 140 mm and the width of the lines ( 13 ) of the scale of the code disk is in a range of about 0.05 mm to 1 mm. Optischer Encoder nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Codescheibe einen Außendurchmesser von etwa 30 bis 500 mm aufweist und die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe größer als 1 mm ist.Optical encoder according to one of the claims 6 to 9, characterized in that the code disc has an outer diameter from about 30 to 500 mm and the width of the bars of the scale the code disc is larger than 1 mm. Induktiver Encoder (22) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Codescheibe (11'''') einen Außendurchmesser in einem Bereich von etwa 10 mm bis 150 mm aufweist und die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis 3 mm, vorzugsweise bei 1,2 mm, liegt.Inductive encoder ( 22 ) according to one of claims 6 to 9, characterized in that the code disc ( 11 '''' ) has an outer diameter in a range of about 10 mm to 150 mm, and the width of the bars of the scale of the code disk is in a range of about 0.1 mm to 3 mm, preferably 1.2 mm. Induktiver Encoder nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Codescheibe in einem Bereich von etwa 30 mm bis 500 mm liegt und die Breite der Striche des Maßstabs der Codescheibe größer als 3 mm ist und maximal etwa 30 mm beträgt.Inductive encoder according to one of the claims 6 to 9, characterized in that the outer diameter the code disc is in a range of about 30 mm to 500 mm and the width of the bars of the scale of the code disk is greater than 3 mm and maximum about 30 mm. Elektromotor mit einer Codescheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.Electric motor with a code disk according to a of claims 1 to 5. Elektromotor mit einem Encoder gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13.Electric motor with an encoder according to a of claims 6 to 13.
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Owner name: MAXON INTERNATIONAL AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: MAXON MOTOR AG, SACHSELN, CH

Owner name: LAKEVIEW INNOVATION LTD., CH

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R082 Change of representative

Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE

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R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MAXON INTERNATIONAL AG, CH

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R082 Change of representative

Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE

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