DE1282690B - Optischer Winkelcodierer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/20

Nummer: 1 282 690

Aktenzeichen: P 12 82 690.3-31 (K 50175)

Anmeldetag: 9. Juli 1963

Auslegetag: 14. November 1968

Die Erfindung betrifft einen optischen Winkelcodierer mit einer drehbaren, lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Abschnitte mehrerer konzentrischer Ringzonen aufweisenden Codescheibe mit einer Anzahl von Fotozellen auf einer Seite der Codescheibe und mit einer Maske, die gegenüber jeder der Fotozellen je eine lichtdurchlässige öffnung aufweist, sowie mit Lichtquellen, die benachbart jeder der öffnungen der Maske angeordnet sind und die einen Lichtstrahl auf jede der Fotozellen auf der anderen Seite der Codescheibe richten, wobei die Lichtquellen, Maskenöffnungen und Fotozellen in verschiedenen Abständen und Winkelstellungen bezüglich der Codescheibenachse angeordnet sind.

Winkelcodierer dieser Art sind bereits bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen sind die Fotozellen in Reihe längs zweier nebeneinander befindlicher Radien der Codierscheibe angeordnet. Das hat den Nachteil, daß die gesamte Anordnung relativ groß sein muß, da der Abstand der einzelnen Fotozellen ao voneinander nicht beliebig klein gemacht werden kann, wenn das Einfallen von Streulicht verhindert werden soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abmessungen eines solchen Codierers zu »5 verringern, gleichzeitig den Abstand der einzelnen Fotozellen noch zu vergrößern, um den Einfall von Streulicht völlig auszuschließen. Das Ausgangssignal soll jedoch einfach verarbeitbar sein und dem Ausgangssignal eines Codierers mit einer Reihenanordnung der Fotozellen entsprechen, da sonst zusätzlich Verzögerungsleitungen und dergleichen benötigt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Winkelcodierer der eingangs genannten Art, bei dem erfindunsggemäß jede der Fotozellen eine andere Winkelstellung in bezug auf die Codescheibenachse aufweist als die übrigen und derart in bezug auf die Ringzonen der Codescheiben angeordnet ist, daß das Ausgangssignal der Fotozellen dem Ausgangssignal von radial in Reihe angeordneten Fotozellen gleicht.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen, und zwar zeigt

Fi g. 1 eine Ansicht des beispielsweise dargestellten erfindungsgemäßen Winkelcodierers im Schnitt nach der Linie 1-1 in F i g. 2,

F i g. 2 eine Rückansicht des in F i g. 1 dargestellten Winkelcodierers,

F i g. 3 eine schematische Darstellung, aus der das Prinzip der Erfindung ersichtlich ist.

Optischer Winkelcodierer

Anmelder:

Kollsman Instrument Corporation,

Elmhurst, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

8000 München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Edson A. Worden, Forest Hills, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 10. Juli 1962 (208 818) --

Der Codierer 15 ist in ein zylindrisches Gehäuse 16 eingebaut, das mit einem ringförmigen Flansch 17 ausgebildet ist, welcher zur verstellbaren Befestigung des Codierers an der Stirnfläche des nicht gezeigten »abzulesenden« Instrumentes dient. Für diesen Zweck sind drei Klemmen 19 vorgesehen. Die Codescheibe 20 ist im Gehäuse 16 konzentrisch auf einer Nabe 21 einer Kupplungswelle 22 angeordnet. Die Scheibe 20 ist durchsichtig, beispielsweise aus Glas, und enthält die konzentrischen digital codierten Bereiche, wie nachfolgend beschrieben wird.

Der Codescheibe 20 kann eine Drehung durch die Welle 22 mitgeteilt werden, die ihrerseits durch Edelsteinlager 23, 24 gelagert ist, um die Drehreibung auf ein Mindestmaß herabzusetzen. An der inneren Basis des Gehäuses 16 ist eine Maske 25, vorzugsweise durch Weichlöten, befestigt. Der Abstand zwischen der Scheibe und der Maske 25 des beispielsweise dargestellten Codierers beträgt etwa 0,13 bis 0,25 mm (0,005 bis 0,010") und wird mittels eines Zapfens 26 und einer Stellschraube 27 eingestellt. Das Axialspiel in den Edelsteinlagern wird durch eine verstellbare Platte 28, welche das Lager 24 trägt, ausgeschaltet.

Gegebenenfalls kann ein Zeiger 22 α auf der Welle 22 durch das Lager 26 angeordnet werden, wie schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt, so daß der Zeiger über eine geeichte Fläche am Gehäuse 16 beweglich ist, um eine sichtbare Anzeige der Stellung der Welle 22 zu liefern.

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Innerhalb des Gehäuses 16 befindet sich eine An- Die radiale Länge jeder Öffnung wird durch den zahl Lampeneinheiten 33 in radialer Anordnung ge- radialen Abstand der Zone 47 bestimmt. Die Winkelgenüberliegend der bestimmten Anordnung von Foto- breite jeder Öffnung 48 wird durch die Winkelbreite zellen 45, wie nachfolgend beschrieben wird. Jede der geringsten oder kleinsten Zähleranzeige auf der Lampeneinh'eit 33 weist eine Lampe 35 innerhalb 5 Codescheibe 20 bestimmt. Um die erforderliche Aufeiner Abschirmung bzw. eines Lampenschutzes 36 lösung zu geben, muß diese Winkelbreite geringer als auf, der in einem Lampenhalter 37 aus geeignetem die Hälfte derjenigen der niedrigsten Zähleranzeige Material angeordnet ist. Die Lampenhalter 37 sind an auf dem Codescheibenmuster bei der Benutzung des einer Tragscheibe 38 durch geeignete Schrauben 39 Gray-Code sein. Es ist zweckmäßig, ein Viertel des befestigt. Die Tragscheibe 38 ist an entsprechenden io Winkels zu verwenden, um eine gute Auflösung und Ansätzen im Gehäuse 16 durch Schrauben 40 be- ein scharfes Ansteigen des Fotosensorsignals bei der festigt. Der Sockel 34 für jede Lampe 35 besitzt Winkelverstellung zu erzielen.

einen äußeren Rand und eine Federklemme 42. Bei der Bestimmung der niedrigsten Zählanzeige Drahtzuleitungen 43 dienen zur Stromzufuhr zu den des Codierers 15, welche der kleinste Druckzuwachs-Lampen 35. 15 betrag ist, den er fühlen kann, wird die Winkelaus-Eine zylindrische Fotozelleneinheit 45 von iso- gangsinformation des Instrumentmechanismus belierter einheitlicher Form ist in der Basis des Ge- stimmt, auf die gewünschte Abtriebswellendrehung häuses 16 eingesetzt und befestigt, und zwar je in für Flughöhe, Fluggeschwindigkeit usw. liniarisiert, Ausfluchtung mit der zugeordneten Lampe 35. Das dann durch die Zahl der Zählanzeigen über den lichtempfindliche Ende der Zellen 45 ist einem Schlitz 20 ganzen Bereich des Mechanismus dividiert. Die volle in der Maske 25 (s. F i g. 3) benachbart. Die End- Winkelausgangsinformation an der Welle muß, um fläche jedes Lampenschutzes 36 enthält eine Öffnung eine Mehrdeutigkeit zu vermeiden, geringer als 360° 44 für einen zu seiner Zelle 45 durch die Codescheibe sein. Die niedrigste Zählanzeige bestimmt daher den 20 und die Maske 25 gerichteten Strahl. Jede Zelle 45 Skalenfaktor. Im Gebrauch ergibt dieser Skalenfaktor, hat eine bestimmte radiale Stellung zur drehbaren 25 multipliziert mit der Ausgangszählanzeige, die Flug-Codescheibe 20 und ist einem entsprechenden ge- höhe, die Fluggeschwindigkeit usw. Zum Schalten des sonderten ringförmigen oder sich in Umfangsrichtung Null- oder Ausgangspunktes der Ausgangszählanzeige erstreckenden Codierungsbereich 47, 47' der Scheibe ist es lediglich erforderlich, die drei Klemmen 19, 20zugeordnet (s. Fig. 3). - welche das Gehäuse 16 an der Fläche 18 des Mecha-Jedesmal, wenn Licht durch die Codescheibe 20 zu 30 nismus halten, zu lockern und das Codierergehäuse einer Zelle 45 hindurchtritt, wird deren Leitfähigkeit 16 in die gewünschte Stellung zu drehen und dann erhöht und ein Ausgangssignal auf die Leitungen 46 die Klemmen festzuziehen.

gegeben. Die Ringzone 47, 47' auf der Scheibe 20 F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen sind durch undurchsichtige und durchsichtige Flächen vereinfachten Winkelcodierer mit drei Elementen zur codiert. In der Maske 25 ist eine kleine Öffnung 48, 35 Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Bei dem bei-48' in Ausfluchtung mit den Lampenschutzöffnungen spielsweise dargestellten Codierer 16 sind neun 44 und den zugeordneten Fotozellen 45 vorgesehen. Grundelemente, d. h. Zellen 45 und codierte Ring-Wenn sich eine undurchsichtige Fläche 47, 47' zwi- zonen 47 auf der Codescheibe 20 verwendet. Es sehen einer Lampe 35 und einer Zelle 45 befindet, können natürlich für eine besondere Bauform auch hat deren Leitfähigkeit ihren Mindestwert. Auf diese 40 mehr oder weniger »Zonen« je nach der gewünschten Weise überträgt jede Zelle 45 gesondert und un- Eingangs-Ausgangs-Signalübertragung bzw. -Umabhängig die bestimmten codierten Undurchlässig- setzung verwendet werden. Statt des Gray-Code keits- und Durchlässigkeitssignale auf der Scheibe 20. können andere Wiederholungscode verwendet wer-Die Ausgangsspannungen, die gleichzeitig an den den. Die winkelige Versetzung der »Zonen«, nämlich Zellen 45 auftreten, werden als digitale Daten, die 45 der Ringzonen 47 und der Stellungen der zugeordden dem Zahnrad 30 mitgeteilten Drehantrieb wieder- neten Zellen 45 hat zur Folge, daß die Fotosensoren geben, in an sich bekannter Weise übertragen. 45 wirken, wie wenn sie »in Reihe« wären.

Die Anordnung der zugeordneten Zellen 45, der Die resultierende Fotozellen-Codeausgangsspan-Lampen 35, der Lampenschutzeinrichtungen 36 und nung stimmt somit infolge der Versetzung der Codeder öffnungen 44, 48 ist mit verschiedenen Winkern 50 ringe entsprechend der Versetzung der Fotozellen 45 und verschiedenen radialen Abständen R-I, R-2, R-3 überein mit der Ausgangsspannüng eines Systems, usw. statt der früheren ausgefluchteten Anordnung bei dem die Fotozellen in Reihe angeordnet sind, mit dem gleichen Winkel und verschiedenen radialen Ein rasches Auswechseln der Zellen 45 kann ohne Abständen. Dies ermöglicht die Verwendung größerer Störung der Codescheiben-Masken-Ausfluchtung geLampen und Fotozellen als bei einer ausgefluchteten 55 schehen. Es sind größere Zellen und Lampen verAnordnung. Der radiale Abstand R jeder Gruppe wendbar, ohne daß dadurch die gedrängte Bauform wird durch die Zonen im Muster der Codescheibe 20 des Codierers 15 hinsichtlich des Durchmessers be- und durch die Trennung der Zonen durch undurch- einträchtigt wird, da ein enger Abstand der Codesichtige Teile bestimmt. Die Winkelstellung wird be- ringzonen 47 verwendet wird.

stimmt durch die Anordnung der Elemente in der 60 In Fig. 3 befinden sich die Fotozellen 50 in den

Weise, daß die gleiche »Ablesung«, wie wenn sie in jeweils gewünschten Winkelstellungen und radialen

Ausfluchtung angeordnet wären, durch die Wieder- Stellungen A, B und C und die Codescheibenachse

holbarkeit des Musters jeder Zone erhalten wird. 60. Die radialen Abstände betragen a, b und c. Eine

Das auf der Scheibe verwendete Muster kann von Maske 52 schirmt die Zellen 50 gegen alles Licht mit

beliebiger geeigneter Art sein, beispielsweise in Form 65 Ausnahme der ihnen benachbarten kleinen recht-

des Gray-Code (reflektierter Binärcode), der Schalt- eckigen Öffnungen 53 in radialer Richtung ab. In

mehrdeutigkeiten dadurch vermeidet, daß jeweils ein engem Abstand von der Maske 52 befindet sich die

Fotosensor bei der Winkelverstellung geschaltet wird. transparente Codescheibe 55 (s. auch Scheibe 20 in

Fig. 1). Auf der Scheibe 55 sind die gesondert codierten undurchsichtigen Ringzonen 56, 58, 58-58' für die jeweiligen Zellenstellungen A, B, C vorgesehen. Die den Zellen 50 zugeordneten Lampen liegen den Zonen 56, 57, 58-58' in der gleichen Weise wie die Lampen 35 in F i g. 1 gegenüber.

Die drei »Zonen« in F i g. 3 ergeben einen »Drei-Bit«-Winkelcodierer, der geringe Winkelverstellungen der Codescheibe 55 und der an dieser befestigten Eingangswelle 60 unterscheiden kann. Die digitale Arbeitsweise des Codierers ist wie folgt. Jede undurchsichtige Zone 56, 57, 58-58' verhindert den Zutritt von Licht zu den Zellen 50 und kann als Code »0« von geringster Leitfähigkeit bezeichnet werden. Wenn die entsprechenden zwischenliegenden transparenten Zonen einer Zelle gegenüberliegen, tritt ein Signal auf, das die maximale Leitfähigkeit anzeigt und als Code »I« bezeichnet werden kann.

Das Gray-Code-Ergebnis des »Drei-Bit«-Systems für die Spuren A, B, C entsprechend der Winkeldrehung in 45°-Sektoren ist wie folgt:

Sektor	A	B	C	(Wiederholung
Obis 45°	0	0	0	des Zyklus)
45 bis 90°	0	0	1
90 bis 135°	0	1	1
135 bis 180°	0	1	0
180 bis 225 c	1	1	0
225 bis 270°	1	1	1
270 bis 315°	1	0	1
315 bis 360°	1	0	0
Obis 45°	0	0	0

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Die Drehrichtung der Codescheibe 55 für einen zunehmenden Funktionsausgang nach obiger Tabelle ist durch den Pfeil 65 angegeben.

Der beispielsweise dargestellte Codierer 15 hatte ein Gehäuse 16 mit einem Gesamtdurchmesser innerhalb 50 mm (2") und enthielt neun »Kanäle«. Es wurden Fotosensoren 45 mit einem Durchmesser von 6,35 mm (¹A") in einer radialen Anordnung, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, verwendet. Ein »Ausfluchtungs«-System würde ein Gehäuse von über 12 Va cm (5") im Durchmesser mit einem sehr mäßigen Raumfaktor er/ordern. Zwischen den Zellen 45, den Lampen 33 und anderen Bauelementen treten keine gegenseitigen Störungen auf, so daß dieser Codierer eine robuste und einfach zu wartende Bauform darstellt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Optischer Winkelcodierer mit einer drehbaren, lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Abschnitte mehrerer konzentrischer Ringzonen aufweisenden Codescheibe mit einer Anzahl von Fotozellen auf einer Seite der Codescheibe und mit einer Maske, die gegenüber jeder der Fotozellen je eine lichtdurchlässige öffnung aufweist, sowie mit Lichtquellen, die benachbart jeder der Öffnungen der Maske angeordnet sind und die einen Lichtstrahl auf jede der Fotozellen auf der anderen Seite der Codescheibe richten, wobei die Lichtquellen, Maskenöffnungen und Fotozellen in verschiedenen Abständen und Winkelstellungen bezüglich der Codescheibenachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fotozellen (45) eine andere Winkelstellung in bezug auf die Codescheibenachse (60) aufweist als die übrigen und derart in bezug auf die Ringzonen (56, 57, 58) der Codescheibe (55) angeordnet ist, daß das Augangssignal der Fotozellen (45) dem Ausgangssignal von radial in Reihe angeordneten Fotozellen gleicht (F i g. 1, 3).

2. Winkelcodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringzonen (56, 57, 58) der Codescheibe (55) gegeneinander um den Winkelstellungen der zugehörigen Fotozellen (45) entsprechende Winkel verdreht sind.

3. Winkelcodierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ringzone (56, 57, 58) eine Fotozelle (45) zugeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 747 797, 2 436 178.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 637/1060 11.68 O Bundesdruckerei Berlin