DE19604502A1

DE19604502A1 - Optoelektronischer Lesekopf

Info

Publication number: DE19604502A1
Application number: DE19604502A
Authority: DE
Inventors: Lothar Sachse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-14

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Lesekopf für das Lesen von digitalen Codierungen und sein Umfeld, insbesondere für Absolutwert-Dreh- und Lineargeber.

Bei solchen Absolutwertgebern ist es erforderlich, daß nach dem mechanischen Verändern der Position eines vom Geber kontrollierten Gerätes im stromlosen Zustand nach dem Stromeinschalten sofort der Absolutwert dieser neu erreichten Position angezeigt wird.

Die bekannten Absolutwertgeber senden von einer Lichtquelle Licht strahlen durch eine Gitterblende und durch das Strichgitter der Codescheibe und erzeugen so mit den Lichtstrahlen ein proportio nales Signal mittels hinter der Codescheibe befindlichen Photo dioden.

Die optischen Gesetze begrenzen infolge der Brechung der Licht strahlen an den Strichgitterflanken eine beliebig hohe Auflösung, was eine Interpollation der annähernd sinusförmigen Signale erfordert. Bei diesem Aufbau ist ferner das Ausrichten von Lichtquelle, Gitterblende und Photodioden mit Blende bei der Endmontage zeitraubend. Robustheit und Qualität leiden unter der das Baumaß vergrößernden voneinander getrennt aufgehängten Anord nung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mittels eines kompakt aufgebauten, alle für die Auslesung der digitalen Werte notwen digen Bauteile diese vereinigend einen Lesekopf zu schaffen, wel cher darüber hinaus in der Lage ist, auf kleinerem Raum eine höhere Auflösung zu ermöglichen. Ein Lesekopf, der vorjustiert die Endmontage vereinfacht und verbilligt und der durch seine Veran kerung im Gerät diesem eine größere Robustheit und Langzeitqua lität bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lese kopf geeignet ist, die codierten digitalen Werte von Codeflächen mit verspiegelter Oberfläche abzulesen, wobei über eine Optik mit Blende ein schmaler von der Spiegeloberfläche reflektierter Licht streifen auf den zugeordneten optischen Sensor gelenkt und dort in digitale elektrische Signale gewandelt wird.

Um eine höhere Auflösung fehlerfrei zu erreichen muß dafür gesorgt werden, daß der Oberflächenbereich um die verspiegelten Codeflä chen herum durch geeignete Maßnahmen nahezu nichtreflektierend ge staltet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß alle für die Auslesung notwendigen optoelektronischen Bauteile auf einer Seite der Codefläche kompakt vorgefertigt zusammen mit der Elektronik fest verbunden leicht montiert werden können.

Daß ferner die Lichtstrahlen von den winzigen spiegelnden Code flächen inmitten nichtspiegelnder Umgebung herausgelesen und mit tels Optik gezielt vergrößert auf die Photodioden gelenkt werden. Vorteilhaft ist darüber hinaus, daß aus keilförmig gestalteten Lichtflächen über AD-Wandler mit höherer Auflösung die Position bestimmt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die hauptsächlichen Bauelemente, aus denen der Lesekopf zusammengesetzt ist.

Fig. 2 das Bild einer verspiegelten Codescheibe eines Drehgebers.

Fig. 3 die Draufsicht auf eine verspiegelte Codescheibe eines Lineargebers mit Noniusteilung.

Fig. 4 die Abbildung einer verspiegelten Codescheibe eines Line argebers mit Keilflächenteilung.

Fig. 5 die Vergrößerung dieser Keilflächenteilung.

Die Fig. 1 zeigt eine Lichtquelle 1, von der ein Lichtkegel auf die Sammellinse 2 fällt, in welcher die Lichtstrahlen parallel gerichtet und zur zylindrischen Linse 3 gesandt werden. Diese wan delt die Strahlen zu einem Lichtvorhang, der als Lichtstreifen auf den nebeneinander liegenden verspiegelten Codeflächen 4 auftrifft. Von diesen reflektiert durch die Schlitzblende 5 hindurch treffen sie nun auf die Plankonvexlinse 6, die diese verstärkt über den Spiegel 7 auf die Photodioden 8 sendet. Von diesen umgewandelt in Stromimpulse mit Rechteckform verstärkt erreichen diese die Elek tronik 9. Diese Signale werden als Absolutwert-Auslesemeßwerte er kannt und an die angeschlossene Steuerung weitergesandt.

In Fig. 2 sieht man eine Codescheibe mit den im Graycode angeord neten verspiegelten Signalflächen 11 und den außen herum liegen den keilförmig gestalteten Codeflächen. Deren Auslesung wird bei der Beschreibung von Fig. 5 erklärt.

Die Codescheibe in Fig. 3 ist für einen Lineargeber vorgesehen mit Graycodesignalflächen 13 und daneben eine Signalflächenanordnung 14 für eine Noniusauslesung. Mit diesen acht Nonius-Streifen nebeneinander lassen sich 3 bit darstellen auf sehr kleiner Ver fahrstrecke.

Die Codescheibe in Fig. 4 ist ebenfalls für einen Lineargeber ge dacht mit den Signalflächen 15 für die Signale im Graycode und die keilförmigen Signalflächen 16 für die Auswertung über AD-Wandler.

Eine Vergrößerung dieser keilförmigen Signalflächen 16 ist in Fig. 5 zu sehen. Da ein klar definierter Sprung bei der Auslesung vom höchsten Punkt der Keilfläche zum niedrigsten (z. B. bei D) nicht mit einem Lichtstreifen möglich ist, wird mit zwei solchen gearbeitet, die jeweils nur den Mittelteil des Keiles von A bis C nutzen und die sich gegenseitig abwechselnd umschalten.

Der zweite Streifen wird bei seinem Beginn im Punkte A1, wenn der erste seine Aufgabe im Punkt C1 abgibt, durch Addition auf den Wert von C1 erhöht, bis er im Punkt B1 seinen dem Höchstwert, den bei D1 entsprechenden Wert, erreicht hat. Hier schaltet er sich automatisch bei Überschreiten mittels Subtraktion auf den Niedrigstwert, entsprechend Punkt D, um dann bei Erreichen von C1 wieder an den ersten Streifen abzugeben, der nun bei A2 neu beginnt. Das ganze geht, immer wiederkehrend, vorwärts oder rückwärts so weiter.

Claims

1. Optoelektronischer Lesekopf für das Lesen von digitalen Codie rungen und sein Umfeld, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ge eignet ist, die codierten digitalen Werte von Codeflächen mit verspiegelter Oberfläche abzulesen, wobei über eine Optik mit Blende ein schmaler von der Spiegeloberfläche reflektierter Lichtstreifen auf den zugeordneten optischen Sensor gelenkt und dort in digitale elektrische Signale gewandelt wird.

2. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der Beleuchtungsquelle über eine besondere Kondenslinsen-Kom bination in parallel verlaufende Lichtstrahlen gewandelt und auf einen Streifen der Spiegeloberfläche besonders konzen triert geworfen wird.

3. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter der Spiegeloberfläche angebrachter Magnet den im Lesekopf über der Spiegelfläche befindlichen Hallgeneratoren das Überschrei ten von Teilabschnitten der Gesamtmeßlänge oder das Vorbeidre hen der Codescheibe addierend oder subtrahierend einem elektro nischen Zähler signalisiert.

4. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wie deraufladbarer Energiespeicher auch in Netzabschaltzeiten der Zählerelektronik und deren Sensoren ihren Energiebedarf für die Registrierung von Bewegungen in dieser Zeit über lange Zeiträu me liefert.

5. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dreh- Bewegung einer Codescheibe ein Harmonic Drive Getriebe vorge schaltet ist, so daß ein gleichgearteter Lesekopf die Anzahl der zu messenden Umdrehungen in gleicher Weise zu lesen ermög licht wie der nur für eine Umdrehung verwendete.

6. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigwertigen Bits über einen optoelektronischen Nonius oder einen Analog-Digital-Wandler gebildet und gelesen werden.

7. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den optoelektronischen Nonius bildenden Lichtflächen nebeneinander liegend in der Ausleserichtung geringfügig versetzt angeordnet sind.

8. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Codeflächen reflektierten Lichtstrahlen von der Optik auf den optoelektronischen Sensor über einen Spiegel umgelenkt werden.

9. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im AD-Wandler zu digitalisierenden elektrischen Werte über keilförmig gestaltete Lichtflächen mit Hilfe von schmalen senkrecht zur Ausleserichtung verlaufenden Lichtstreifen und deren optoelektronischer Umsetzung von der Lichtmenge in elektrische Werte erzeugt werden.

10. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung der keilförmig gestalteten Lichtflächen mit zwei hintereinander verlaufenden Lichtstreifen gearbeitet wird, deren Auslesungen mittels Umschaltung sich so ergänzen, daß jeweils nur der Mittelabschnitt der Keilfläche für die Aus lesung verwertet wird und nicht Anfang oder Ende der Keilflä che, welche durch die zweite modifizierte Lichtstreifenaus lesung simuliert und nachgebildet werden.

11. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hel ligkeitswerte der Beleuchtungsquelle bei der Keilflächenaus lesung mittels einer gesonderten Elektronik konstant gehalten und kontrolliert werden.

12. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Da tenwechsel, der beim Auslesen der Codezeichen entsteht, durch Strombefehle mit dem Datenwechsel koordiniert wird, der vom digitalisierten Nonius oder AD-Wandler zugefügt wird.

13. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ober flächenbereich um die verspiegelten Codeflächen herum durch geeignete Maßnahmen nahezu nichtreflektierend gestaltet ist.

14. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Anordnung im Gerät und seine Formgebung die Verlängerung der Welle durchgehend bis zu einer zusätzlichen Lagerstelle im hinteren Teil des Gerätes gestattet.