DE102014220214B4 - Optical position detection device, rotary encoder with an optical position detection device and method for position detection with increased operational reliability - Google Patents
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Abstract
Optisches Positionserfassungsgerät (1), insbesondere ein Umdrehungszähler für einen Drehgeber (3), mit einer Steuereinheit (21), wenigstens einer ansteuerbaren Lichtquelle (15), wenigstens einem optischen Datenträger (13, 17) mit wenigstens einer Datenspur (17.1 bis 17.n), mit wenigstens einer Lichtsensoreinheit (19) zur Erzeugung eines Lichtmengensignals (L) bei Überschreiten eines Lichtmengenreferenzwerts (M) durch eine von wenigstens einem Referenzfotoempfänger (19.r) empfangene Lichtmenge (Y), wobei die Lichtsensoreinheit (19) wenigstens einen Fotoempfänger (19.1 bis 19.n) für die wenigstens eine Datenspur (17.1 bis 17.n) des Datenträgers (13, 17) sowie den wenigstens einen Referenzfotoempfänger (19.r) aufweist, mit einer Messeinrichtung (36) zur Bestimmung eines Betriebsparameters (B) der Lichtquelle (15) bei Erhalt des Lichtmengensignals (L), mit einem Speicher zur Speicherung des Betriebsparameters (B) und mit einer Lichtmengensteuereinheit (38) zur Steuerung der Lichtquelle (15) in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter (B), wobei die Messeinrichtung (36) eine Zeitmesseinrichtung ist, und der Betriebsparameter (B) die Zeitspanne (t) ist, die nach Einschalten der Lichtquelle (15) bis zum Erzeugen des Lichtmengensignals (L) in der Messeinrichtung (36) vergangen ist, wobei die Lichtquelle (19) gepulst betreibbar ist und die Pulsdauer wenigstens der Zeitspanne (t) entspricht.Optical position detection device (1), in particular a revolution counter for a rotary encoder (3), with a control unit (21), at least one controllable light source (15), at least one optical data carrier (13, 17) with at least one data track (17.1 to 17.n. ), with at least one light sensor unit (19) for generating a light quantity signal (L) when a light quantity reference value (M) is exceeded by a light quantity (Y) received by at least one reference photo receiver (19.r), the light sensor unit (19) at least one photo receiver ( 19.1 to 19.n) for the at least one data track (17.1 to 17.n) of the data carrier (13, 17) and the at least one reference photo receiver (19.r), with a measuring device (36) for determining an operating parameter (B) the light source (15) upon receipt of the light quantity signal (L), with a memory for storing the operating parameter (B) and with a light quantity control unit (38) for controlling the light source (15 ) as a function of the operating parameter (B), the measuring device (36) being a time measuring device, and the operating parameter (B) being the time period (t) which elapses after the light source (15) is switched on until the light quantity signal (L) is generated the measuring device (36) has passed, the light source (19) being able to be operated in a pulsed manner and the pulse duration corresponding at least to the time span (t).
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Positionserfassungsgerät, insbesondere einen Umdrehungszähler für einen Drehgeber. Die Erfindung betrifft außerdem einen Drehgeber mit einer Einzelumdrehungseinheit, einer Mehrfachumdrehungseinheit und einer Zentralsteuereinheit, wobei die Mehrfachumdrehungseinheit sowohl für einen netzversorgten Betrieb aus einer externen Spannungsquelle als auch für einen netzunabhängigen Betrieb aus einem separaten Energiespeicher ausgestaltet ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Positionserfassung mit Hilfe eines optischen Positionserfassungsgeräts, insbesondere eines Umdrehungszählers eines Drehgebers.The invention relates to an optical position detection device, in particular a revolution counter for a rotary encoder. The invention also relates to a rotary encoder with a single revolution unit, a multiple revolution unit and a central control unit, the multiple revolution unit being designed both for a mains-operated operation from an external voltage source and for a mains-independent operation from a separate energy store. The invention also relates to a method for position detection with the aid of an optical position detection device, in particular a revolution counter of a rotary encoder.
Optische Positionserfassungsgeräte, wie Umdrehungszähler, als eigenständige Bauteile sowie als Bestandteile von Drehgebern sind bekannt. Um diese auch in der Nähe von magnetischen Feldern, wie sie zum Beispiel von Elektromotoren erzeugt werden, betreiben zu können, werden vermehrt optische Umdrehungszähler und optische Drehgeber verwendet. Häufig ist es gewünscht, Umdrehungen, zum Beispiel eines Maschinenteils, auch dann sicher detektieren und zählen zu können, wenn die Maschine und mit ihr eine externe Spannungsversorgung für den Umdrehungszähler oder den Drehgeber oder auch nur die externe Spannungsversorgung für den Umdrehungszähler oder den Drehgeber zum Beispiel durch einen Stromausfall oder durch eine Notabschaltung wegfällt. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, beim Nachlaufen einer Maschine nach einer Abschaltung die bis zum Stillstand der Maschine noch folgenden Umdrehungen eines Maschinenteils zu erfassen, um beispielsweise beim Wiedereinschalten der Maschine die Position eines durch das rotierende Maschinenteil angetriebenen Bauteils bestimmen zu können. Ebenso kann es erforderlich sein, ein Notsignal zu erzeugen, wenn wenigstens ein Teil einer Maschine gedreht wird, obwohl die Maschine abgeschaltet ist. Durch das Notsignal kann beispielsweise entweder eine Warnung von bedienenden Personen erfolgen oder eine automatische Bremseinrichtung der Maschine ausgelöst werden. Für diese genannten sicherheitsrelevanten Funktionen können Umdrehungszähler eigene, vom Netz separierte Energiespeicher aufweisen, die auch bei einem Wegfall einer externen Spannungsversorgung die Energie zur Erfassung und Zählung von Umdrehungen liefert. Bei dem Betrieb eines Umdrehungszählers durch einen separaten Energiespeicher, der zum Beispiel durch eine Batterie, einen Akkumulator, eine Brennstoffzelle oder andere geeignete Speichertechnologien realisiert sein kann, ist es gewünscht, den Umdrehungszähler möglichst energiesparend zu betrieben. Dadurch kann die Lebensdauer des Energiespeichers möglichst lange aufrechterhalten werden. Optical position detection devices, such as revolution counters, as independent components and as components of rotary encoders are known. In order to be able to operate them in the vicinity of magnetic fields, such as those generated by electric motors, optical revolution counters and optical rotary encoders are increasingly being used. It is often desirable to be able to reliably detect and count revolutions, for example of a machine part, even if the machine and with it an external voltage supply for the revolution counter or the rotary encoder or even just the external voltage supply for the revolution counter or the rotary encoder, for example due to a power failure or an emergency shutdown. For example, when a machine is running after a shutdown, it may be necessary to record the number of revolutions of a machine part that will continue until the machine comes to a standstill, for example, in order to be able to determine the position of a component driven by the rotating machine part when the machine is switched on again. It may also be necessary to generate an emergency signal if at least part of a machine is turned even though the machine is switched off. The emergency signal can, for example, either give a warning to operating people or trigger an automatic braking device on the machine. For these safety-related functions mentioned, revolution counters can have their own energy stores which are separated from the network and which, even if an external power supply is lost, supplies the energy for detecting and counting revolutions. When a revolution counter is operated by a separate energy store, which can be implemented, for example, by a battery, an accumulator, a fuel cell or other suitable storage technologies, it is desirable to operate the revolution counter as energy-saving as possible. As a result, the lifespan of the energy store can be maintained as long as possible.
Angestrebte Lebensdauern für die separaten Energiespeicher liegen in der Größenordnung von etwa 100.000 Stunden.The desired lifespan for the separate energy storage devices is on the order of approximately 100,000 hours.
Die
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein optisches Positionserfassungsgerät, einen Drehgeber sowie ein Verfahren zur Positionserfassung bereitzustellen, die einen energiesparenden Betrieb, insbesondere in einem netzunabhängigen Zustand, erlauben und dazu eine hohe Betriebssicherheit bieten.It is therefore the object of the invention to provide an optical position detection device, a rotary encoder and a method for position detection which enable energy-saving operation, especially in a network-independent state, and also offer high operational reliability.
Für das eingangs genannte optische Positionserfassungsgerät ist die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein optisches Positionserfassungsgerät, insbesondere einen Umdrehungszähler für einen Drehgeber, mit wenigstens einer ansteuerbaren Lichtquelle, wenigstens einem optischen Datenträger mit wenigstens einer Datenspur, mit wenigstens einer Lichtsensoreinheit zur Erzeugung eines Lichtmengensignals bei Überschreiten eines Lichtmengenreferenzwerts durch eine von wenigstens einem Referenzfotoempfänger empfangene Lichtmenge, wobei die Lichtsensoreinheit wenigstens einen Fotoempfänger für die wenigstens eine Datenspur des Datenträgers sowie den wenigstens einen Referenzfotoempfänger aufweist, und mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung eines aktualisierten Betriebsparameters der Lichtquelle bei Erhalt des Lichtmengensignals und einer Lichtmengensteuereinheit zur Steuerung der Lichtquelle in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter.For the optical position detection device mentioned at the outset, the object according to the invention is achieved by an optical position detection device, in particular a revolution counter for a rotary encoder, with at least one controllable light source, at least one optical data carrier with at least one data track, with at least one light sensor unit for generating a light quantity signal when a light quantity reference value is exceeded by a quantity of light received by at least one reference photo receiver, the light sensor unit having at least one photo receiver for the at least one data track of the data carrier and the at least one reference photo receiver, and with a measuring device for determining an updated operating parameter of the light source upon receipt of the light quantity signal and a light quantity control unit for controlling the Light source depending on the operating parameter.
Der Betriebsparameter ist erfindungsgemäß die Zeitspanne, die nach dem Einschalten der Lichtquelle vergangen ist. Das Lichtmengensignal wird dann dazu verwendet, die Zeit nach dem Einschalten der Lichtquelle zu bestimmen, die es braucht, bis ein Lichtmengenreferenzwert durch die vom Referenzfotoempfänger empfangene Lichtmenge überschritten ist. Der Betriebsparameter muss nicht zwingend die Zeitspanne sein. Er kann beispielsweise auch die durch die Lichtquelle verbrauchte Energie repräsentieren. Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft mit der Zeitspanne als dem Betriebsparameter beschrieben. Der Lichtmengenreferenzwert ist bevorzugt in die Lichtsensoreinheit einprogrammiert. Er kann jedoch auch in der Steuereinheit gespeichert sein. Ist der Lichtmengenreferenzwert in der Lichtsensoreinheit gespeichert, so kann das Lichtmengensignal die Information darüber an die Steuereinheit weiterleiten, ob der Lichtmengenreferenzwert über- oder unterschritten ist. Ist der Lichtmengenreferenzwert dagegen in der Steuereinheit abgelegt, so kann das Lichtmengensignal die Information über die von der Lichtsensoreinheit detektierte Lichtmenge beinhalten, die dann in der Steuereinheit mit dem in dieser abgelegten Lichtmengenreferenzwert verglichen wird. Die so ermittelte Leuchtdauer der Lichtquelle kann als Mindestleuchtdauer für die Lichtquelle im gepulsten Betrieb verwendet werden. Dabei steuert die Lichtmengensteuereinheit die Lichtquelle in Abhängigkeit der ermittelten Zeitspanne. Beispielsweise kann die Lichtmengensteuereinheit die Lichtquelle nur für eine Leuchtdauer einschalten, die der zuvor ermittelten Zeitspanne entspricht, da der Erhalt des Lichtmengensignals nach der Zeitspanne angibt, dass diese Zeitspanne als Leuchtdauer für einen sicheren Betrieb ausreichend ist. Die Lichtquelle ist bevorzugt durch eine Leuchtdiode (LED) gebildet. Die Lichtsensoreinheit ist bevorzugt als integrierter Schaltkreis gebildet, auf dem der wenigstens eine Fotoempfänger direkt aufgebracht ist. Der wenigstens eine Fotoempfänger kann insbesondere als Fotodiode auf einem Gehäuse des integrierten Schaltkreises sitzen. Die Lichtsensoreinheit kann geeignete Schaltkreise wie zum Beispiel Integratoren aufweisen, um die detektierte Lichtmenge zu bestimmen und zum Beispiel wenigstens einen Komparator aufweisen, der den durch die wenigstens eine Fotodiode erzeugten Fotostrom bzw. eine daraus ermittelte Spannung mit dem Lichtmengenreferenzwert vergleicht. Die Steuerleitung ist bevorzugt als separate Leitung ausgebildet, die physikalisch von anderen Leitungen zwischen der Lichtsensoreinheit und der Steuereinheit getrennt ist. Die Leitung kann alternativ dazu auch als Kanal einer Multiplexübertragung oder einer anderen Übertragungstechnik ausgebildet sein.According to the invention, the operating parameter is the period of time that has passed after the light source was switched on. The light quantity signal is then used to determine the time after switching on the light source that it takes until a light quantity reference value is exceeded by the light quantity received by the reference photo receiver. The operating parameter does not necessarily have to be the time span. For example, it can also represent the energy consumed by the light source. The invention is described below by way of example with the time period as the operating parameter. The light quantity reference value is preferably programmed into the light sensor unit. However, it can also be stored in the control unit. If the light quantity reference value is stored in the light sensor unit, the light quantity signal can forward the information to the control unit as to whether the light quantity reference value has been exceeded or fallen short of. If, on the other hand, the light quantity reference value is stored in the control unit, the light quantity signal can contain the information about the light quantity detected by the light sensor unit, which is then compared in the control unit with the light quantity reference value stored therein. The light duration of the light source determined in this way can be used as the minimum light duration for the light source in pulsed operation. The light quantity control unit controls the light source depending on the determined time period. For example, the light quantity control unit can only switch on the light source for a lighting period that corresponds to the previously determined time period, since the receipt of the light quantity signal after the time period indicates that this time period is sufficient as a lighting period for safe operation. The light source is preferably formed by a light emitting diode (LED). The light sensor unit is preferably formed as an integrated circuit on which the at least one photo receiver is applied directly. The at least one photo receiver can, in particular, sit as a photodiode on a housing of the integrated circuit. The light sensor unit can have suitable circuits, for example integrators, in order to determine the amount of light detected and, for example, have at least one comparator which compares the photocurrent generated by the at least one photodiode or a voltage determined therefrom with the light quantity reference value. The control line is preferably designed as a separate line which is physically separated from other lines between the light sensor unit and the control unit. Alternatively, the line can also be designed as a channel of a multiplex transmission or another transmission technology.
Für den eingangs genannten Drehgeber wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass die Mehrfachumdrehungseinheit durch ein erfindungsgemäßes optisches Positionserfassungsgerät gebildet ist. In einem Drehgeber stellt das erfindungsgemäße Positionserfassungsgerät einen Umdrehungszähler dar. Mit einem solchen optischen Umdrehungszähler ist ein Drehgeber realisierbar, welcher auch beim Wegfall der externen Spannungsquelle sicher die Umdrehungen zählen kann.For the rotary encoder mentioned at the outset, the object according to the invention is achieved in that the multiple revolution unit is formed by an optical position detection device according to the invention. The position detection device according to the invention represents a revolution counter in a rotary encoder. With such an optical revolution counter, a rotary encoder can be realized, which can count the revolutions reliably even if the external voltage source is no longer present.
Für das eingangs genannte Verfahren zur Positionserfassung wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst, durch ein Verfahren zur Positionserfassung mit Hilfe eines optischen Positionserfassungsgeräts, insbesondere eines Umdrehungszählers eines Drehgebers, wobei ein Lichtmengensignal erzeugt wird, sobald eine ausreichende Lichtmenge nach dem Einschalten einer Lichtquelle des Positionserfassungsgeräts detektiert wurde, wobei der zum Erreichen des Lichtmengensignals erforderliche Betriebsparameter in der Steuereinheit des Umdrehungszählers gespeichert wird und wobei die Lichtquelle in Abhängigkeit von dem gespeicherten Betriebsparameter gesteuert wird. Dies hat den Vorteil, dass im netzunabhängigen Betrieb die Lichtquelle mit der erforderlichen Leuchtdauer betrieben werden kann, die gerade ausreicht, um das vom optischen Datenträger erfasste Signal sicher zu detektieren. Ob das Lichtmengensignal erzeugt wird, kann bevorzugt davon abhängig sein, ob ein Lichtmengenreferenzwert durch die Lichtmenge überschritten wird. Der Lichtmengenreferenzwert kann in einer Lichtsensoreinheit oder in der Steuereinheit abgelegt sein. Bevorzugt ist der Lichtmengenreferenzwert in der Lichtsensoreinheit, welche auch Fotoempfänger umfasst, abgelegt. Diese Leuchtdauer kann im netzunabhängigen Betrieb zum Betrieb der Lichtquelle genutzt werden, so dass sichergestellt ist, dass die Lichtquelle nicht länger als benötigt eingeschaltet bleibt, wodurch Energie eingespart werden kann.For the method for position detection mentioned at the outset, the object of the invention is achieved by a method for position detection with the aid of an optical position detection device, in particular a revolution counter of a rotary encoder, a light quantity signal being generated as soon as a sufficient quantity of light has been detected after switching on a light source of the position detection device, wherein the operating parameter required to achieve the light quantity signal is stored in the control unit of the revolution counter and wherein the light source is controlled as a function of the stored operating parameter. This has the advantage that, in network-independent operation, the light source can be operated with the required lighting duration, which is just sufficient to reliably detect the signal detected by the optical data carrier. Whether the light quantity signal is generated can preferably depend on whether a light quantity reference value is exceeded by the light quantity. The light quantity reference value can be stored in a light sensor unit or in the control unit. The light quantity reference value is preferably stored in the light sensor unit, which also includes photo receivers. This lighting duration can be used to operate the light source in network-independent operation, so that it is ensured that the light source does not last longer than remains switched on, which can save energy.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausführungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.The solution according to the invention can be further improved by various configurations which are advantageous in each case and can be combined with one another as desired. These embodiments and the advantages associated with them are discussed below.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung können die Messeinrichtung und/oder die Lichtmengensteuereinheit in der Steuereinheit integriert sein. Dadurch ist ein besonders kompakter Aufbau möglich. Insbesondere kann so die Steuereinheit als integrierter Schaltkreis bzw. Mikrocontroller gebildet sein.According to a first advantageous embodiment, the measuring device and / or the light quantity control unit can be integrated in the control unit. This enables a particularly compact construction. In particular, the control unit can be formed as an integrated circuit or microcontroller.
Die Messeinrichtung ist eine Zeitmesseinrichtung und der Betriebsparameter ist die Zeitspanne, die nach Einschalten der Lichtquelle bis zum Erhalt des Lichtmengensignals in der Messeinrichtung vergangen ist. Dadurch kann eine besonders gute Grundlage zur Steuerung der Lichtquelle gegeben sein. Insbesondere kann die Lichtquelle dann wenigstens mit der so ermittelten Zeitspanne als Leuchtdauer betrieben werden. Dadurch kann Energie im netzunabhängigen Betrieb gespart werden.The measuring device is a time measuring device and the operating parameter is the period of time that has passed from switching on the light source until the light quantity signal is received in the measuring device. This can provide a particularly good basis for controlling the light source. In particular, the light source can then be operated at least as long as the period of time thus determined. This enables energy to be saved in off-grid operation.
Erfindungsgemäß weist die, Lichtsensoreinheit wenigstens einen Referenzfotoempfänger auf, der ausschließlich zur Detektion des für die Bestimmung des Lichtmengensignals verwendeten Lichts verwendet wird. Dieser Referenzfotoempfänger ist bevorzugt durch eine Fotodiode gebildet und ist im Folgenden auch als Referenzdiode bezeichnet. Besonders vorteilhaft ist es also, wenn die Lichtsensoreinheit mehrere Fotodioden aufweist, von denen wenigstens eine als Referenzdiode verwendet wird. Die übrigen Fotodioden dienen zur Erfassung der Datenspuren des Datenträgers.According to the invention, the light sensor unit has at least one reference photo receiver, which is used exclusively for the detection of the light used for determining the light quantity signal. This reference photo receiver is preferably formed by a photodiode and is also referred to below as a reference diode. It is therefore particularly advantageous if the light sensor unit has a plurality of photodiodes, at least one of which is used as a reference diode. The remaining photodiodes are used to record the data tracks on the data carrier.
Das erfindungsgemäße optische Positionserfassungsgerät ist nicht auf Umdrehungszähler beschränkt. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können ebenso lineare Bewegungen oder kurvenförmige Bewegungen erfasst werden. Bei geradlinigen oder kurvenförmigen Bewegungen können die optischen Datenträger beispielsweise als Streifen gebildet sein, welche Datenspuren, die parallel zu den Streifen verlaufen, beinhalten. Bevorzugt ist das optische Positionserfassungsgerät jedoch ein Umdrehungszähler, insbesondere für einen Drehgeber.The optical position detection device according to the invention is not limited to a revolution counter. With the arrangement according to the invention, linear movements or curved movements can also be detected. In the case of straight-line or curved movements, the optical data carriers can be formed, for example, as strips which contain data tracks which run parallel to the strips. However, the optical position detection device is preferably a revolution counter, in particular for a rotary encoder.
Der Datenträger ist bevorzugt durch eine teildurchlässige Codescheibe gebildet. Die Codescheibe kann kreisförmige Datenspuren aufweisen, von denen je eine Datenspur für einen Fotoempfänger vorhanden ist. Die Datenspuren können abwechselnd helle oder dunkle Bereiche aufweise, wodurch ein Code gebildet wird.The data carrier is preferably formed by a partially permeable code disk. The code disk can have circular data tracks, of which one data track is available for a photo receiver. The data tracks can alternately have light or dark areas, which forms a code.
Der optische Datenträger kann wenigstens eine uncodierte Referenzdatenspur zusätzlich zu den Datenspuren aufweisen, die durch den wenigstens einen Referenzfotoempfänger auswertbar ist. Die Referenzdatenspuren, welche von dem wenigstens einen Referenzfotoempfänger erfasst werden, sind bevorzugt vollständig lichtdurchlässig ausgestaltet. Auf diese Weise kann eine besonders sichere Erfassung der erforderlichen Lichtmenge ermöglicht sein.The optical data carrier can have at least one uncoded reference data track in addition to the data tracks, which can be evaluated by the at least one reference photo receiver. The reference data tracks, which are recorded by the at least one reference photo receiver, are preferably designed to be completely translucent. In this way, a particularly reliable detection of the required amount of light can be made possible.
Die Bestimmung der Leuchtdauer über den Betriebsparameter wie z. B. die Zeitspanne erlaubt nicht nur eine Anpassung des Betriebs an die Eigenschaften von Lichtquelle und Fotoempfänger, sondern kann auch im Laufe des Betriebes Auskunft über die Qualität bzw. den Zustand des optischen Datenträgers geben. Eine im Laufe des Betriebes zunehmende erforderliche Leuchtdauer bzw. ein später einsetzendes Lichtmengensignal kann auf eine zunehmende Verschmutzung oder Beschädigung des optischen Datenträgers hinweisen.The determination of the light duration via the operating parameters such. B. the time span not only allows the operation to be adapted to the properties of the light source and photo receiver, but can also provide information about the quality or condition of the optical data carrier during operation. An increase in the duration of light required during operation or a light quantity signal that starts later may indicate increasing contamination or damage to the optical data carrier.
Die Lichtsensoreinheit kann über Datenleitungen zur Übertragung der Signale der Fotoempfänger mit der Steuereinheit verbunden sein, und zusätzlich zu den Datenleitungen kann eine Steuerleitung zwischen einem Lichtmengensignalausgang der Lichtsensoreinheit und einem Eingang der Messeinrichtung zur Übermittlung des Lichtmengensignals vorgesehen sein. Diese Konfiguration erlaubt es, das Lichtmengensignal separat von den Datensignalen, die von der Lichtsensoreinheit und deren Fotoempfängern an die Steuereinheit übertragen werden, zu übertragen. Diese unabhängige Übertragung erlaubt einen besonders sicheren Betrieb, da das Lichtmengensignal nicht noch auf die Datensignale, welche über die Datenleitungen übertragen werden, aufmoduliert werden muss.The light sensor unit can be connected to the control unit via data lines for transmitting the signals of the photo receivers, and in addition to the data lines, a control line can be provided between a light quantity signal output of the light sensor unit and an input of the measuring device for transmitting the light quantity signal. This configuration allows the light quantity signal to be transmitted separately from the data signals which are transmitted from the light sensor unit and its photo receivers to the control unit. This independent transmission allows a particularly safe operation, since the light quantity signal does not have to be modulated onto the data signals which are transmitted via the data lines.
Der Lichtmengensignalausgang kann insbesondere ein separater Ausgang der Lichtsensoreinheit sein. Das Lichtmengensignal kann also separat von Signalen der Positionserfassung an die Steuereinheit übermittelt werden.The light quantity signal output can in particular be a separate output of the light sensor unit. The light quantity signal can therefore be transmitted to the control unit separately from signals from the position detection.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich ein Lichtsteuerausgang der Steuereinheit mit einem Steuereingang der Lichtquelle verbunden ist. Der Lichtsteuerausgang kann insbesondere von der Lichtmengensteuereinheit gesteuert sein oder ein Teil dieser sein. Die Lichtsteuereinheit kann beispielsweise die Lichtquelle in Abhängigkeit des Betriebsparameters ein- oder ausschalten.It is particularly advantageous if a light control output of the control unit is additionally connected to a control input of the light source. The light control output can in particular be controlled by the light quantity control unit or be part of it. The light control unit can, for example, switch the light source on or off depending on the operating parameter.
Die Bestimmung der Leuchtdauer kann im Netzbetrieb erfolgen. Eine Möglichkeit dazu ist zum Beispiel, dass das Positionserfassungsgerät stets gepulst betrieben wird. Die Bestimmung der Leuchtdauer kann dann bei jedem Puls oder bei ausgewählten Pulsen erfolgen. Alternativ dazu kann das Positionserfassungsgerät bzw. können die Lichtquelle und die Lichtsensoreinheit kontinuierlich betrieben werden. Ohne die Funktion zu gefährden, können dabei jedoch kurzzeitig die Lichtquelle und die Lichtsensoreinheit abgeschaltet und darauf ein einzelner Testpuls erzeugt werden. Nach Erfassung der Leuchtdauer kann der kontinuierliche Betrieb wieder aufgenommen werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Unterbrechung bzw. die Störung so ermittelte Leuchtdauer kann dann in der Steuereinheit abgelegt und zum Betrieb der Lichtquelle und der Lichtsensoreinheit genutzt werden, wenn das Positionserfassungsgerät netzunabhängig durch einen separaten Energiespeicher versorgt wird. Der Vorteil liegt nun darin, dass die Bestimmung der Leuchtdauer erfolgen kann, ohne dazu Energie vom separaten Energiespeicher verbrauchen zu müssen. In einem netzunabhängigen Betrieb kann der Umdrehungszähler dann mit der zuvor ermittelten Leuchtdauer betrieben werden.The lighting duration can be determined in mains operation. One possibility for this is, for example, that the position detection device always is operated pulsed. The duration of the light can then be determined for each pulse or for selected pulses. Alternatively, the position detection device or the light source and the light sensor unit can be operated continuously. However, without endangering the function, the light source and the light sensor unit can be switched off briefly and a single test pulse can be generated. Continuous operation can be resumed after the lighting duration has been recorded. However, it should be noted here that the interruption or the fault, the lighting duration determined in this way can then be stored in the control unit and used to operate the light source and the light sensor unit if the position detection device is supplied by a separate energy store independently of the mains. The advantage now lies in the fact that the lighting duration can be determined without having to consume energy from the separate energy store. In a network-independent operation, the revolution counter can then be operated with the previously determined lighting duration.
Ein besonders sicherer Betrieb kann dadurch erreicht werden, dass ferner ein separater Energiespeicher und eine Umschalteinheit vorgesehen sind, wobei die Umschalteinheit zum Umschalten zwischen einer externen Spannungsversorgung und dem separaten Energiespeicher ausgestaltet ist. Dadurch kann ein reibungsloser Wechsel zwischen dem Netzbetrieb, also der externen Spannungsversorgung und dem netzunabhängigen Betrieb über den separaten Energiespeicher gewährleistet sein.A particularly safe operation can be achieved in that a separate energy store and a switchover unit are also provided, the switchover unit being designed for switching between an external voltage supply and the separate energy store. This ensures a smooth changeover between network operation, that is, the external power supply and network-independent operation via the separate energy store.
Der separate Energiespeicher kann eine Energiequelle sein, die das Positionserfassungsgerät unabhängig von einem Stromnetz mit Energie versorgt. Er ist bevorzugt als Batterie oder Akkumulator ausgeführt, jedoch sind auch die Verwendung von anderen Energiespeichern, beispielsweise Brennstoffzellen oder Superkondensatoren möglich. Der separate Energiespeicher kann in einem gemeinsamen Gehäuse mit weiteren Komponenten des Positionserfassungsgeräts untergebracht sein. Dadurch kann ein besonders kompaktes Positionserfassungsgerät oder ein Drehgeber mit einem erfindungsgemäßen Positionserfassungsgerät realisiert werden.The separate energy storage device can be an energy source that supplies the position detection device with energy independently of a power network. It is preferably designed as a battery or accumulator, but the use of other energy stores, for example fuel cells or supercapacitors, is also possible. The separate energy store can be accommodated in a common housing with further components of the position detection device. In this way, a particularly compact position detection device or a rotary encoder can be implemented with a position detection device according to the invention.
Der separate Energiespeicher kann alternativ dazu auch als Gehäuseteil des Positionserfassungsgeräts oder eines Drehgebers gebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der separate Energiespeicher in einem Steckanschluss des Positionserfassungsgeräts oder in einem zum Positionserfassungsgerät gehörenden Anschlusskabel integriert ist. Der separate Energiespeicher kann auch vom Positionserfassungsgerät beabstandet angeordnet und mittels einer elektrischen Verbindung mit diesem verbunden sein. In den vorbenannten Fällen ist es dann möglich, den separaten Energiespeicher zu wechseln, zu warten oder zu kontrollieren, ohne ein Gehäuse des Positionserfassungsgerät öffnen zu müssen.As an alternative to this, the separate energy store can also be formed as a housing part of the position detection device or a rotary encoder. It is particularly advantageous if the separate energy store is integrated in a plug connection of the position detection device or in a connection cable belonging to the position detection device. The separate energy store can also be arranged at a distance from the position detection device and connected to it by means of an electrical connection. In the aforementioned cases, it is then possible to change, maintain or check the separate energy store without having to open a housing of the position detection device.
Das Umschalten von einer zur anderen Spannungsversorgung kann von der Umschalteinheit an die Steuereinheit mitgeteilt werden. Dazu kann eine Datenleitung zwischen beiden Bauteilen bestehen. Sobald das Positionserfassungsgerät von dem separaten Energiespeicher mit Spannung versorgt wird, werden wenigstens die Lichtquelle und die Lichtsensoreinheit gepulst betrieben, um Energie zu sparen. Die Pulsdauer ist dabei bevorzugt wenigstens so groß wie die zuvor ermittelte und in der Steuereinheit gespeicherte Leuchtdauer, da bekannt ist, dass diese Leuchtdauer mindestens erforderlich ist, um eine sichere Erfassung der Daten auf den Datenspuren zu ermöglichen.Switching from one power supply to another can be communicated to the control unit by the switchover unit. For this purpose, a data line can exist between the two components. As soon as the position detection device is supplied with voltage from the separate energy store, at least the light source and the light sensor unit are operated in pulsed fashion in order to save energy. The pulse duration is preferably at least as long as the previously determined and stored in the control unit lighting duration, since it is known that this lighting duration is at least necessary to enable reliable detection of the data on the data tracks.
Ist das erfindungsgemäße Positionserfassungsgerät ein Umdrehungszähler, so kann der wenigstens eine optische Datenträger durch wenigstens einen Teil einer drehbaren Codescheibe gebildet sein, wobei wenigstens eine Datenspur abwechselnd kodierte Oktanten aufweist. Die Codescheibe ist bevorzugt auf einer Geberwelle montiert. Die Geberwelle kann ein Teil der zu überwachenden Maschine sein oder mit dieser verbunden sein. Die Unterteilung in Oktanten ist besonders vorteilhaft, da mit dieser bereits bei einer geringen Drehung der Codescheibe festgestellt werden kann, ob sich die Codescheibe dreht. Prinzipiell ist es auch möglich, Codescheiben zu verwenden, deren Codespuren in Quadranten unterteilt sind. Jedoch ist es dabei unter Umständen möglich, dass die Codescheibe erst um 90° gedreht werden muss, bis diese Drehung detektiert wird. Zudem ist die Detektion einer Drehung der Codescheibe bei einer Unterteilung in Oktanten auch bei hohen Beschleunigungen möglich, wenn der Umdrehungszähler gepulst betrieben wird.If the position detection device according to the invention is a revolution counter, the at least one optical data carrier can be formed by at least part of a rotatable code disk, at least one data track alternately having coded octants. The code disk is preferably mounted on an encoder shaft. The encoder shaft can be part of the machine to be monitored or connected to it. The division into octants is particularly advantageous, since it can be used to determine whether the code disk is rotating even with a slight rotation of the code disk. In principle, it is also possible to use code disks whose code tracks are divided into quadrants. However, it may be possible that the code disk first has to be rotated through 90 ° until this rotation is detected. In addition, the detection of a rotation of the code disk with a division into octants is possible even at high accelerations if the revolution counter is operated in a pulsed manner.
Die Codescheibe weist bevorzugt mehrere Datenspuren auf. Die Codescheibe kann beispielsweise nebeneinander liegende Paare von Datenspuren aufweisen, deren kodierte Bereiche jeweils versetzt zueinander angeordnet sind. Für eine Datenspur, die in Oktanten unterteilt ist, bedeutet dies beispielsweise, dass eine Datenspur eines Paares in einem Oktant einen hellen Bereich und die zweite Datenspur des Paares im selben Oktant einen dunklen Bereich aufweist. Auf diese Weise ist eine differentielle Kodierung möglich. Die Codescheibe weist bevorzugt zusätzlich zu der wenigstens einen Datenspur mit Oktantenunterteilung weitere Datenspuren mit Quadrantenunterteilung und/oder wenigstens eine weitere Datenspur mit einer halbkreisförmigen Unterteilung auf. Besonders bevorzugt weist die Codescheibe zu jeder in Oktanten unterteilten Datenspur genau eine zugehörige Datenspur auf, die in Quadranten unterteilt ist und genau eine zugehörige Datenspur, die in Halbkreise unterteilt ist. Mit einer solchen Codescheibe kann der Umdrehungszähler auch eine Einzelumdrehungsauswertung (Singleturn-Auswertung) vornehmen, deren Auflösung 45° beträgt. Der Umdrehungszähler stellt dann also einen besonders kompakt aufgebauten Drehgeber dar.The code disk preferably has several data tracks. The code disk can, for example, have adjacent pairs of data tracks, the coded areas of which are each offset from one another. For a data track that is subdivided into octants, this means, for example, that one data track of a pair in one octant has a light area and the second data track of the pair in the same octant has a dark area. Differential coding is possible in this way. In addition to the at least one data track with octant division, the code disk preferably has further data tracks with quadrant division and / or at least one further data track with a semicircular division. The code disk particularly preferably has exactly one associated data track for each data track subdivided into octants, which is divided into quadrants and exactly one associated one Data track that is divided into semicircles. With such a code disk, the revolution counter can also perform a single revolution evaluation (single-turn evaluation), the resolution of which is 45 °. The revolution counter then represents a particularly compact encoder.
Der eingangs genannte Drehgeber kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Einzelumdrehungseinheit eine Einzelumdrehungslichtquelle und eine Einzelumdrehungslichtsensoreinheit aufweist, und dass der optische Datenträger des Umdrehungszählers Einzelumdrehungsdatenspuren zur Auswertung durch die Einzelumdrehungseinheit aufweist. Die Einzelumdrehungseinheit und der Umdrehungszähler nutzen dann also eine gemeinsame Codescheibe. Dadurch ist ein besonders kompakter Aufbau möglich.The rotary encoder mentioned at the outset can be further improved in that the single rotation unit has a single rotation light source and a single rotation light sensor unit, and in that the optical data carrier of the rotation counter has single rotation data tracks for evaluation by the single rotation unit. The single revolution unit and the revolution counter then use a common code disk. This enables a particularly compact construction.
Wie bereits eingangs erwähnt, stellt das erfindungsgemäße Positionserfassungsgerät bei Verwendung in einem Drehgeber einen Umdrehungszähler dar. Daher ist das erfindungsgemäße optische Positionserfassungsgerät im Folgenden als Umdrehungszähler bezeichnet.As already mentioned at the beginning, the position detection device according to the invention represents a revolution counter when used in a rotary encoder. Therefore, the optical position detection device according to the invention is referred to below as a revolution counter.
Die Einzelumdrehungseinheit (Singleturn-Einheit) und der Umdrehungszähler besitzen erfindungsgemäß jeweils wenigstens eine eigene Lichtquelle. Dies ist besonders vorteilhaft, da im Fall des netzunabhängigen Betriebes die Lichtquelle für die Einzelumdrehungseinheit abgeschaltet werden kann. Die Lichtquelle des Umdrehungszählers muss also ausschließlich die Datenspuren, die für den Umdrehungszähler notwendig sind, beleuchten. Dies ist besonders vorteilhaft gegenüber einem Drehgeber, bei dem eine einzige Lichtquelle sämtliche Datenspuren beleuchten muss, da hier entweder eine besonders starke Lichtquelle oder eine aufwändige Aufweitungsoptik eingesetzt werden muss.According to the invention, the single revolution unit (single-turn unit) and the revolution counter each have at least one separate light source. This is particularly advantageous since, in the case of mains-independent operation, the light source for the single revolution unit can be switched off. The light source of the revolution counter must therefore only illuminate the data tracks that are necessary for the revolution counter. This is particularly advantageous compared to a rotary encoder in which a single light source has to illuminate all data tracks, since either a particularly strong light source or a complex expansion optics must be used here.
Der erfindungsgemäße Umdrehungszähler kann eine Lichtquelle verwenden, die für die Beleuchtung der Datenspuren des Umdrehungszählers angepasst ist. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass eine Lichtquelle mit geringerer Leuchtkraft verwendet werden kann, als dies bei einem Drehgeber mit einer einzigen Lichtquelle für sämtliche Datenspuren der Fall ist. Da die Lichtquelle so ausgerichtet werden kann, dass sie ausschließlich die Datenspuren des Umdrehungszählers beleuchtet, kann stets noch eine ausreichend große Lichtmenge auf diese Datenspuren fallen. Dadurch ist ein besonders energiesparender Betrieb möglich. Alternativ dazu kann eine ähnlich starke oder gleichstarke Lichtquelle wie für die Einzelumdrehungseinheit verwendet werden. Da dann eine besonders hohe Lichtintensität für die Datenspuren des Umdrehungszählers genutzt wird, kann ein besonders sicherer Betrieb des Umdrehungszählers ermöglicht werden.The revolution counter according to the invention can use a light source which is adapted for illuminating the data tracks of the revolution counter. This can mean, for example, that a light source with a lower luminosity can be used than is the case with a rotary encoder with a single light source for all data tracks. Since the light source can be aligned in such a way that it only illuminates the data tracks of the revolution counter, a sufficiently large amount of light can always fall on these data tracks. This enables particularly energy-saving operation. Alternatively, a similarly strong or equally strong light source can be used as for the single revolution unit. Since a particularly high light intensity is then used for the data tracks of the revolution counter, a particularly safe operation of the revolution counter can be made possible.
Alternativ zum zuvor beschriebenen Drehgeber mit einer optischen Einzelumdrehungseinheit kann der erfindungsgemäße Umdrehungszähler auch bei einem Drehgeber eingesetzt werden, dessen Einzelumdrehungseinheit nach einem anderen Verfahren wie zum Beispiel magnetisch, kapazitiv, über Schleifkontakte oder induktiv betrieben wird. Beispielsweise kann dann ein optischer Datenträger für den Umdrehungszähler an der Geberwelle der Einzelumdrehungseinheit mit angebracht, oder als Erweiterung einer rotierenden Scheibe der Einzelumdrehungseinheit realisiert sein.As an alternative to the previously described rotary encoder with an optical single revolution unit, the revolution counter according to the invention can also be used with a rotary encoder whose single revolution unit is operated by another method such as, for example, magnetically, capacitively, via sliding contacts or inductively. For example, an optical data carrier for the revolution counter can then be attached to the encoder shaft of the single revolution unit, or it can be implemented as an extension of a rotating disk of the single revolution unit.
Das eingangs genannte Verfahren zur Positionserfassung kann dadurch verbessert werden, dass die Zeitspanne zunächst nur im Netzbetrieb bestimmt und in der Steuereinheit gespeichert wird.The above-mentioned method for position detection can be improved by initially determining the time span only in network operation and storing it in the control unit.
Um Energie im netzunabhängigen Zustand zu sparen, kann die Lichtquelle des Positionserfassungsgeräts wenigstens im netzunabhängigen Zustand gepulst betrieben werden, wobei die Pulsdauer wenigstens der in der Steuereinheit gespeicherten Zeitspanne entspricht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zur Lichtquelle auch die Lichtsensoreinheit mit den Fotoempfängern gepulst betrieben wird.In order to save energy in the network-independent state, the light source of the position detection device can be operated in a pulsed manner at least in the network-independent state, the pulse duration corresponding at least to the time period stored in the control unit. It is particularly advantageous if, in addition to the light source, the light sensor unit is also operated in a pulsed manner with the photo receivers.
Um die Betriebssicherheit zu erhöhen, kann die Pulsdauer der Summe aus der gespeicherten Zeitspanne und einem zeitlichen Pufferwert entsprechen. Der Pufferwert kann beispielsweise 20 % bis 30 % der gespeicherten Zeitspanne betragen, bevorzugt 25 %.In order to increase operational reliability, the pulse duration can correspond to the sum of the stored time period and a temporal buffer value. The buffer value can be, for example, 20% to 30% of the stored time period, preferably 25%.
Um den Energieverbrauch im netzunabhängigen Modus weiter zu senken, kann im gepulsten Betrieb ein Sparmodus mit einer ersten Pulsfrequenz vorgesehen sein, wenn keine Bewegung detektiert wird und ein Zählmodus mit einer zweiten Pulsfrequenz, wenn eine Bewegung detektiert wird, wobei die zweite Pulsfrequenz höher ist als die erste Pulsfrequenz. Bei einem Umdrehungszähler ist die Bewegung eine Drehung der Codescheibe.In order to further reduce the energy consumption in the network-independent mode, an economy mode with a first pulse frequency can be provided in the pulsed mode if no movement is detected and a counting mode with a second pulse frequency if a movement is detected, the second pulse frequency being higher than that first pulse rate. With a revolution counter, the movement is a rotation of the code disk.
Die erste Pulsfrequenz liegt bevorzugt in der Größenordnung von 100 Hz, bevorzugt 125 Hz. Die zweite Pulsfrequenz liegt bevorzugt bei etwa 1 kHz. Durch die erste Pulsfrequenz ist ein besonders stromsparender Betrieb möglich. In die zweite Pulsfrequenz und damit in den Zählmodus wird erfindungsgemäß erst dann gewechselt, wenn eine Bewegung detektiert wird.The first pulse frequency is preferably in the order of 100 Hz, preferably 125 Hz. The second pulse frequency is preferably approximately 1 kHz. The first pulse frequency enables particularly energy-saving operation. According to the invention, the switch to the second pulse frequency and thus to the counting mode only takes place when a movement is detected.
Um bei einem erfindungsgemäßen Umdrehungszähler besonders schnell vom Sparmodus in den Zählmodus wechseln zu können, und um einen sicheren Betrieb insbesonders bei hohen Beschleunigungen des optischen Datenträgers zu gewährleisten, kann der Umdrehungszähler die Drehung im Sparmodus detektieren, indem Oktanten wenigstens einer Datenspur des optischen Datenträgers abgetastet werden und bei detektierter Drehung in den Zählmodus wechsein. Durch die Abtastung von Oktanten der Datenspur kann eine einsetzende Drehung des Datenträgers besonders schnell erfasst werden. Insbesondere im Vergleich zu solchen optischen Datenträgern, welche nur eine Halbkreisauflösung oder eine Quadrantenauflösung besitzen.In order to be able to switch from the economy mode to the counting mode particularly quickly in the case of a revolution counter according to the invention, and to ensure safe operation, in particular when the optical data carrier is accelerated rapidly, the revolution counter can be used Detect rotation in economy mode by scanning octants of at least one data track on the optical data carrier and changing to the counting mode when rotation is detected. By scanning octants of the data track, an onset rotation of the data carrier can be detected particularly quickly. In particular in comparison to those optical data carriers which only have a semicircular resolution or a quadrant resolution.
Die Leuchtdauer kann im netzunabhängigen Betrieb neu bestimmt werden und eine zuvor bestimmte Leuchtdauer in der Steuereinheit ersetzen. Dadurch kann die Leuchtdauer auch im netzunabhängigen Betrieb weiter optimiert bzw. angepasst werden. Um einen sicheren Betrieb zu ermöglichen, kann die Neubestimmung der Leuchtdauer nach einer durch die Steuereinheit vorgegebenen Anzahl von Pulsen erfolgen. Da die Neubestimmung der Leuchtdauer das Starten von Algorithmen in der Steuereinheit erforderlich macht, was den Stromverbrauch kurzzeitig erhöhen kann, kann die Neubestimmung zum Beispiel nur bei jedem 100.000 Puls erfolgen. Dadurch steigt der Gesamtenergieverbrauch nur unwesentlich an, jedoch wird die Zuverlässigkeit des Betriebes aufrechterhalten.The lighting duration can be redetermined during mains-independent operation and can replace a previously determined lighting duration in the control unit. As a result, the lighting duration can be further optimized or adapted even in off-grid operation. In order to enable safe operation, the lighting duration can be redetermined after a number of pulses specified by the control unit. Since the redefinition of the lighting duration makes it necessary to start algorithms in the control unit, which can increase the power consumption for a short time, the redetermination can only take place every 100,000 pulses, for example. As a result, the total energy consumption increases only slightly, but the reliability of the operation is maintained.
Gleichzeitig oder zusätzlich zur Bestimmung der Leuchtdauer kann ein gepulster Betrieb bzw. einzelne Pulse auch dazu genutzt werden, um die Qualität des verwendeten optischen Datenträgers beispielsweise der Codescheibe zu beurteilen. Dazu kann ein einzelner Puls von der Lichtquelle im netzversorgten Betrieb erzeugt und die Leuchtdauer bis zur Erzeugung des Lichtmengensignals in der Steuereinheit gespeichert werden. Bevorzugt wird diese Leuchtdauer einer externen Auswertungseinheit zur Verfügung gestellt oder direkt in einer Steuereinheit des Positionserfassungsgeräts oder eines Drehgebers ausgewertet. Eine Zunahme der Leuchtdauer bis zur Erzeugung des Lichtmengensignals kann auf eine Verunreinigung des Datenträgers hinweisen. Weitere Ursachen für eine Zunahme der der Leuchtdauer können eine Abnahme der Leuchtkraft der Lichtquelle oder der Empfindlichkeit der Lichtsensoreinheit sein. Zur Bestimmung der Qualität des Datenträgers können also wie beschrieben sowohl im netzversorgten Betrieb, aber auch im netzunabhängigen Betrieb einzelne Pulse erzeugt und die Leuchtdauer bis zur Erzeugung des Lichtmengensignals in der Steuereinheit gespeichert werden.At the same time or in addition to determining the light duration, pulsed operation or individual pulses can also be used to assess the quality of the optical data carrier used, for example the code disk. For this purpose, a single pulse can be generated by the light source in the mains-operated mode and the lighting duration until the light quantity signal is generated can be stored in the control unit. This lighting duration is preferably made available to an external evaluation unit or evaluated directly in a control unit of the position detection device or a rotary encoder. An increase in the light duration until the generation of the light quantity signal can indicate contamination of the data carrier. Further causes for an increase in the lighting duration can be a decrease in the luminosity of the light source or the sensitivity of the light sensor unit. To determine the quality of the data carrier, as described, individual pulses can be generated both in the mains-supplied operation but also in the mains-independent operation and the lighting duration until the light quantity signal is generated can be stored in the control unit.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für das Verfahren ein optisches Positionserfassungsgerät nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen verwendet wird. Ebenso ist es von Vorteil, wenn ein Drehgeber mit den oben genannten Merkmalen für das Verfahren verwendet wird.It is particularly advantageous if an optical position detection device according to one of the configurations described above is used for the method. It is also advantageous if a rotary encoder with the above-mentioned features is used for the method.
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform eines optischen Positionserfassungsgeräts als Umdrehungszähler mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die bei der Ausführungsform beispielhaft dargestellte Merkmalskombination kann nach Maßgabe der obigen Ausführungen entsprechend der für einen bestimmten Anwendungsfall notwendigen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Umdrehungszählers und des erfindungsgemäßen Drehgebers durch weitere Merkmale ergänzt werden. Auch können, ebenfalls nach Maßgabe der obigen Ausführungen, einzelne Merkmale bei der beschriebenen Ausführungsform weggelassen werden, wenn es auf die Wirkung dieses Merkmals in einem konkreten Anwendungsfall nicht ankommt.The invention is explained in more detail below by way of example using an advantageous embodiment of an optical position detection device as a revolution counter with reference to the drawing. The combination of features shown by way of example in the embodiment can be supplemented by further features in accordance with the above statements in accordance with the properties of the revolution counter according to the invention and the rotary encoder according to the invention necessary for a specific application. Also, also in accordance with the above, individual features can be omitted from the described embodiment if the effect of this feature is not important in a specific application.
Es zeigen:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Umdrehungszählers als Teil eines erfindungsgemäßen Drehgebers; -
2 eine schematische Skizze zur Erläuterung des Lichtmengensignals.
-
1 a schematic block diagram of a revolution counter according to the invention as part of an encoder according to the invention; -
2nd is a schematic sketch for explaining the light quantity signal.
In
Zunächst ist der Aufbau und die Funktion des Umdrehungszählers
Die Steuereinheit
Die von der Lichtquelle
Die Lichtsensoreinheit
Der Lichtmengensignalausgang
Die Spannungsversorgung des Umdrehungszählers
Im Folgenden sind die Funktion des Umdrehungszählers
- Im Netzbetrieb erfolgt die Spannungsversorgung des Umdrehungszählers
1 über eine externe Spannungsquelle (nicht gezeigt), welche amAnschluss 37 der Umschalteinheit 23 angeschlossen ist. Der interne Energiespeicher25 kann ein Akkumulator sein, welcher über die externe Spannungsquelle geladen wird. Um die Produktionskosten niedrig zu halten und um die bei Akkumulatoren bekannte Selbstentladung zu vermeiden, ist der Energiespeicher jedoch bevorzugt durch eine Batterie gebildet.
- The voltage supply of the revolution counter takes place in mains operation
1 via an external voltage source (not shown), which at theconnection 37 theswitchover unit 23 connected. The internal energy storage25th can be an accumulator that is charged via the external voltage source. To the To keep production costs low and to avoid the self-discharge known with accumulators, the energy store is preferably formed by a battery.
Im netzunabhängigen Betrieb wird die Lichtquelle
Der Netzbetrieb des Umdrehungszählers
Wird die Lichtquelle
Im Falle eines Wegfalls der externen Spannungsquelle schaltet die Umschalteinheit
Solange keine Drehung der Codescheibe
Sobald eine Drehung der Codescheibe
Solange die Codescheibe
Um die Betriebssicherheit im netzunabhängigen Betrieb zu erhöhen, kann die Zeitspanne
Die Steuereinheit
Im Folgenden ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Drehgebers
- Zusätzlich zum Umdrehungszähler
1 , welcher die Mehrfachumdrehungseinheit1 (Multiturneinheit) fürden Drehgeber 3 darstellt, weist der Drehgeber3 die Einzelumdrehungseinheit5 (Singleturneinheit) auf. Die Einheiten1 und5 werden zumindest im Netzbetrieb durch die Zentralsteuereinheit7 gesteuert und durch diese ausgewertet.
- In addition to the revolution counter
1 which is the multi-turn unit1 (Multiturn unit) for the encoder3rd represents the encoder3rd the single revolution unit5 (Single turn unit). The units1 and5 are at least in network operation by the central control unit7 controlled and evaluated by this.
Die Einzelumdrehungseinheit
Die Einzelumdrehungseinheit
Die Einzelumdrehungslichtsensoreinheit
Bevorzugt ermittelt die Einzelumdrehungslichtsensoreinheit
Zusätzlich wird die Information über die detektierten Umdrehungen und/oder detektierten Oktanten der Datenspuren
Zusätzlich zur Digitalschnittstelle
Die Zentralsteuereinheit
Im Falle eines Ausfalls der externen Spannungsversorgung werden die Zentralschnittstelle
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DE102014220214A1 (en) | 2016-04-07 |
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