DE19528045C1 - Optical position measuring system for encoding angular position of shaft - Google Patents
Optical position measuring system for encoding angular position of shaftInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßvorrichtung zum Erzeugen von positionsabhängigen Signalen.The invention relates to a position measuring device for generating position-dependent signals.
Aus der US-PS 4,224,514 ist eine derartige Positi onsmeßvorrichtung bekannt, von der diese Erfindung ausgeht. Zur Erzeugung von mehreren gegeneinander phasenverschobenen positionsabhängigen Abtastsigna len sind mehrere Detektoren in einer Abtasteinheit angeordnet. Zur Regelung der Lichtquelle ist in der Abtasteinheit ein zusätzlicher Detektor zur Erfas sung eines von der Lichtquelle ausgehenden und durch den Maßstab hindurchtretenden unmodulierten Lichtstrahlenbündels vorgesehen. Mit Hilfe des Ausgangssignales dieses zusätzlichen Detektors wird der Speisestrom für die Lichtquelle eingestellt.Such a position is known from US Pat. No. 4,224,514 onsmeßvorrichtung known from which this invention going out. To create several against each other phase-shifted position-dependent scanning signals len are several detectors in one scanning unit arranged. To control the light source is in the Scanning unit an additional detector for detection solution from the light source and unmodulated passing through the scale Light beam provided. With the help of Output signals of this additional detector the supply current for the light source is set.
Neben den Detektoren für die positionsabhängigen Meßsignale ist ein weiterer Detektor für einen Index-Impuls vorgesehen, der im technischen Sprachgebrauch auch als Null- oder Referenzimpuls bezeichnet und von einer Referenzmarkierung abgeleitet wird. Die Auswertung dieses Referenzimpulses setzt eine Schaltschwelle - auch Triggerschwelle genannt - voraus, die dort nicht näher beschrieben ist.In addition to the detectors for the position-dependent Measurement signals is another detector for one Index pulse provided, which in technical parlance also as zero or Designated reference pulse and derived from a reference mark. The evaluation of this reference pulse sets a switching threshold - too Trigger threshold called - ahead, which is not described in more detail there.
Da sich der Lichtstrom der Lichtquelle ändern kann (Temperatureinflüsse, Alterung und dergleichen), ändert sich ungewollt auch der relative Schaltpunkt für den Referenzimpuls, wenn die Triggerschwelle konstant ist. In der Praxis ist deshalb schon vorgeschlagen worden, einen zusätzlichen Detektor vorzusehen, der die möglicherweise schwankende Intensität des Lichtstromes der Lichtquelle ausnutzt, um die Triggerschwelle für den Referenzimpuls entsprechend mitzuführen.Since the luminous flux of the light source can change (temperature influences, Aging and the like), the relative switching point for also changes unintentionally the reference pulse if the trigger threshold is constant. In practice it is have therefore already been proposed to provide an additional detector, which is the possibly fluctuating intensity of the luminous flux of the light source exploits the trigger threshold for the reference pulse accordingly to carry along.
Da das von der Lichtquelle ausgeleuchtete Feld jedoch flächenmäßig begrenzt ist, macht es häufig Schwierigkeiten, auf der Photoelemente-Platine noch ein zusätzliches lichtempfindliches Element unterzubringen, welches gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Eine gleichmäßige Ausleuchtung dieser Elemente ist jedoch die Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion.However, since the area illuminated by the light source is limited in area it is often difficult to put on the photo element board to accommodate additional photosensitive element which is even is illuminated. Even illumination of these elements is, however the prerequisite for proper functioning.
Die Detektion eines Referenzimpulses mittels einer Schaltungsanordnung, die von der restlichen Auswerteschaltung potentialmäßig getrennt ist, wird in der US 4,929,822 vorgeschlagen. Hinweise zur geeigneten Anpassung der Referenzimpuls-Triggerschwelle an sich ändernde Verhältnisse auf Seiten der Lichtquelle, sind dieser Druckschrift jedoch ebenfalls nicht zu entnehmen.The detection of a reference pulse by means of a circuit arrangement that in the US is electrically isolated from the rest of the evaluation circuit 4,929,822. Instructions on how to adapt the Reference pulse trigger threshold to changing conditions on the part of the Light source, however, are also not to be found in this document.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, für die Erzeugung einer Referenzspannung eine andere Lösung anzugeben, als ein weiteres Photoelement vorzusehen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.The object of the invention is therefore to generate a reference voltage to provide another solution than to provide another photo element, such as this is known from the prior art.
Diese Aufgabe wird von einem Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by an object with the features of claim 1 solved. Advantageous refinements of the invention can be found in the dependent ones Claims.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung lie gen in der einfachen Gestaltung des Abtastbereiches in Bezug auf die räumliche Anordnung der Photoele mente, sowie darin, daß die Referenzspannung poten tialfrei ist.The advantages of the device according to the invention lie conditions in the simple design of the scanning area in relation to the spatial arrangement of the photoeles elements, as well as the fact that the reference voltage poten is tialfrei.
Mit Hilfe der Zeichnungen wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.With the help of the drawings, the invention is based of embodiments explained in more detail.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer licht
elektrischen Positionsmeßvor-
richtung; Fig. 1 is a schematic diagram of a photoelectric Positionsmeßvor-
direction;
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild als Aus zug aus einer Auswerteschaltung und Fig. 2 is a block diagram as a train from an evaluation circuit and
Fig. 3 eine Schaltungs-Variante. Fig. 3 shows a circuit variant.
Eine in Fig. 1 skizzierte Positionsmeßvorrichtung 1 wird durch einen inkrementalen Drehgeber gebil det. Als Maßverkörperung dient hier eine Teilschei be 2 mit einem Radialgitter 3. Auf einer weiteren konzentrischen Spur befindet sich eine Referenzmar ke 4, von der ein Referenzimpuls abgeleitet werden kann. Die Teilscheibe 2 ist mit einer Welle 5 ver bunden, deren Position gemessen werden soll. Dazu wird das Radialgitter 3 von einer nicht näher be zeichneten Abtasteinheit abgetastet. Die wesentli chen Bestandteile der Abtasteinheit sind eine Lichtquelle 6, eine Kondensor 7, eine Abtastplatte 8 und Photodetektoren 9a, 9b, 9c, 9d, 9e. A sketched in Fig. 1 position measuring device 1 is gebil det by an incremental encoder. As a measuring scale, a part of the scale 2 with a radial grid 3 is used here. On a further concentric track there is a reference mark 4 from which a reference pulse can be derived. The indexing disk 2 is connected to a shaft 5 , the position of which is to be measured. For this purpose, the radial grating 3 is scanned by a scanning unit not shown. The essential components of the scanning unit are a light source 6 , a condenser 7 , a scanning plate 8 and photodetectors 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e.
Bei einer Bewegung der Teilscheibe 2 relativ zur Abtasteinheit kommen die Striche und Lücken des Radialgitters 3 abwechselnd mit den Abtastgittern der Abtastplatte 8 zur Deckung. Die Photodetektoren 9a, 9b setzen den sich periodisch ändernden Licht strom in elektrische Signale um. Als Ausgangssigna le stehen zwei sinusförmige Signale sin, cos mit der Signalperiode P zur Verfügung. Sie sind um 90° elektrisch zueinander phasenverschoben, was durch die zwei Photodetektoren 9a und 9b bewirkt wird, die um 1/4 der Teilungsperiode T zueinander ver setzt sind. Die beiden anderen Photodetektoren 9c und 9d liefern in bekannter Weise die sogenannten Gegentaktsignale.When the indexing disk 2 moves relative to the scanning unit, the lines and gaps of the radial grating 3 alternate with the scanning grids of the scanning plate 8 . The photodetectors 9 a, 9 b convert the periodically changing light current into electrical signals. Two sinusoidal signals sin, cos with the signal period P are available as output signals. They are electrically 90 ° out of phase with each other, which is caused by the two photodetectors 9 a and 9 b, which are set to one another by 1/4 of the division period T. The two other photodetectors 9 c and 9 d deliver the so-called push-pull signals in a known manner.
Das fünfte Photoelement 9e liefert den Referenzim puls Ri. Eine strichpunktierte Linie markiert den Schwellwert, der die Triggerschwelle angibt und von der Referenzspannung SR gebildet wird, wie nachste hend noch erläutert wird.The fifth photo element 9 e supplies the reference pulse R i . A dash-dotted line marks the threshold value, which indicates the trigger threshold and is formed by the reference voltage S R , as will be explained below.
Die vorstehend benannten Signale werden in einer Auswerteschaltung 10 aufbereitet und ausgewertet. Am Ausgang der Auswerteschaltung 10 können diese Signale als binäre Positionswerte anstehen, oder als Meßwerte direkt angezeigt werden.The signals mentioned above are processed and evaluated in an evaluation circuit 10 . At the output of the evaluation circuit 10 , these signals can be present as binary position values or can be displayed directly as measured values.
In Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild gezeigt, wel ches einen Auszug aus der Auswerteschaltung 10 dar stellt.In Fig. 2 a basic circuit diagram is shown, which represents an extract from the evaluation circuit 10 .
Der Lichtsender 6 (Lichtquelle) ist als lichtemit tierende Diode ausgeführt und von den Lichtempfän gern (Photoelemente 9a, 9b, 9c, 9d, 9e) ist ledig lich dasjenige Photoelement 9e dargestellt, welches dem Referenzimpuls Ri zugeordnet ist. The light transmitter 6 (light source) is designed as a light-emitting diode and the light receivers like (photo elements 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e) only show that photo element 9 e which is assigned to the reference pulse R i .
Ein weiteres Photoelement G, das in der Prinzip skizze gemäß Fig. 1 nicht gezeigt ist, wird von der Lichtquelle 6 beleuchtet und ist Bestandteil eines Regelkreises 11, mit dessen Hilfe die Be leuchtung geregelt wird, wie es etwa in der ein gangs erwähnten US-PS 4,224,514 beschrieben ist. Helligkeitsänderungen durch Verschmutzung, Alterung etc. werden durch Änderungen der Speisespannung der Lichtquelle 6 kompensiert. Das Photoelement G ist in bekannter Weise abgleichbar.Another photo element G, which is not shown in the principle sketch according to FIG. 1, is illuminated by the light source 6 and is part of a control circuit 11 , with the aid of which the lighting is regulated, as is described, for example, in the US PS 4,224,514 is described. Changes in brightness due to contamination, aging, etc. are compensated for by changes in the supply voltage of the light source 6 . The photo element G can be adjusted in a known manner.
Diese veränderbare Speisespannung wird einem Schal tungsteil zugeführt, das als Einrichtung 12′ zum Erzeugen einer Referenzspannung SR ausgebildet ist, und in welchem sich erfindungsgemäß ein Optokoppler 12 befindet. Am Ausgang des Optokopplers 12 steht eine Ausgangsspannung an, die der Speisespannung der Lichtquelle 6 proportional ist. Da der Opto koppler 12 dem Lichtempfänger 9e, der der Referenz marke 4 zugeordnet ist, parallel geschaltet ist, liefert die Ausgangsspannung des Optokopplers 12 die Referenzspannung SR für das Referenzimpuls-Photoelement 9e.This variable supply voltage is supplied to a scarf device part, which is designed as a device 12 'for generating a reference voltage S R , and in which, according to the invention, there is an optocoupler 12 . An output voltage is present at the output of the optocoupler 12 , which is proportional to the supply voltage of the light source 6 . Since the opto coupler 12 is connected to the light receiver 9 e, which is assigned to the reference mark 4 , in parallel, the output voltage of the optocoupler 12 supplies the reference voltage S R for the reference pulse photo element 9 e.
Da die Ausgangsspannung = Referenzspannung SR des Optokopplers 12 den Änderungen der Speisespannung der Lichtquelle 6 folgt, entspricht die Trigger schwelle für den Referenzimpuls Ri immer den aktu ellen Beleuchtungsverhältnissen.Since the output voltage = reference voltage S R of the optocoupler 12 follows the changes in the supply voltage of the light source 6 , the trigger threshold for the reference pulse R i always corresponds to the current lighting conditions.
Von besonderem Vorteil ist dabei, daß diese Refe renzspannung SR potentialfrei ist, also von anderen Bezugsspannungen und/oder der Beschaltung durch den Anwender unabhängig ist. It is particularly advantageous that this reference voltage S R is potential-free, ie it is independent of other reference voltages and / or the wiring by the user.
In Fig. 3 ist eine Schaltungs-Variante der Schal tung gemäß Fig. 2 dargestellt. Es ist zusätzlich ein magnetfeld-empfindlicher Schalter 13 vorgese hen, mit dessen Hilfe aus einer Vielzahl von Refe renzmarken einzelne Referenzmarken ausgewählt wer den können.In Fig. 3, a circuit variant of the scarf device according to FIG. 2 is shown. There is also a magnetic field-sensitive switch 13 hen, with the help of which reference marks can be selected from a large number of reference marks.
Prinzipiell sind derartige Auswahlschaltungen be kannt, so z. B. aus der DE 25 40 412 C3. Die be kannten Schaltungen liefern jedoch keine Referenz spannung, sondern nur eine Spannung zum Auswählen der Referenzmarken und benötigen für die Erzeugung einer Referenzspannung ein zusätzliches Photoele ment. Demgegenüber liefert jedoch eine der Fig. 3 entsprechende Schaltung eine potentialfreie Refe renzspannung SR für den Referenzimpuls Ri. Der ma gnetfeld-empfindliche Schalter 13 kann durch einen Reed-Kontakt gebildet werden, der von einem Magnet 14 geöffnet oder geschlossen werden kann. Die Schalteinheit von Reed-Kontakt 13 und Magnet 14 ist lediglich symbolisch dargestellt und mit 15 be zeichnet.In principle, such selection circuits are known, for. B. from DE 25 40 412 C3. However, the known circuits do not provide a reference voltage, but only a voltage for selecting the reference marks and require an additional photo element for generating a reference voltage. In contrast, however, a circuit corresponding to FIG. 3 provides a potential-free reference voltage S R for the reference pulse R i . The magnetic field-sensitive switch 13 can be formed by a reed contact, which can be opened or closed by a magnet 14 . The switching unit of reed contact 13 and magnet 14 is only shown symbolically and with 15 be.
Claims (8)
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| DE102012203263A1 (en) | 2012-03-01 | 2013-09-05 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Position measuring device e.g. angle-measuring device, has collimator having a waveguide for collimating electromagnetic radiation via coupling element and for outputting collimated electromagnetic radiation through decoupling element |
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- 1995-07-31 DE DE1995128045 patent/DE19528045C1/en not_active Expired - Fee Related
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