DE19639971A1 - Optischer Absolutwertcodierer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Absolutwertcodierer, der eine Winkelversetzung eines Drehteils nachzuweisen vermag, beispielsweise die Winkelversetzung eines Motors, einer Drehmaschine oder dergleichen, um den Drehhub anzugeben, den das Drehteil ausgehend von einer Anfangs- oder Ausgangsstellung vollzogen hat. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung einen optischen Absolutwertcodierer mit einem einfachen Aufbau, der billig hergestellt werden kann.

Im allgemeinen enthält ein optischer Absolutwertcodierer eine Drehscheibe, die sich zusammen mit der Drehung einer Drehmaschine oder dergleichen dreht, wobei an oder in der Drehscheibe eine Gruppe von Schlitzen ausgebildet ist, die von einem optischen Sensor erfaßt wird. Um ein Absolutwertsignal mit Hilfe eines optischen Absolutwertcodierers zu erzeugen, ist es üblicherweise notwendig, koaxial bezüglich der Drehachse eine Mehrzahl von Spuren (Schlitzgruppen) anzuordnen, wobei die Anzahl der Spuren auf der Drehscheibe der Anzahl von Ausgangsbits entspricht, und es ist eine Mehrzahl optischer Sensoren an der Drehscheibe angeordnet, deren Anzahl der Anzahl der Spuren entspricht, um die Schlitzgruppen der Spuren zu erfassen.

Wenn eine große Anzahl von Bits des Absolutwertsignals erforderlich ist, wird der Codierer teuer und voluminös. Da außerdem die Notwendigkeit besteht, eine große Anzahl optischer Sensoren an exakt vorgegebenen Positionen bezüglich der großen Anzahl von Spuren an der Drehscheibe anzuordnen, ist eine hohe Präzision mit entsprechendem Arbeitsaufwand bei der Montage erforderlich. Eine billige Produktion durch einfache Montage ist daher nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Absolutwertcodierer anzugeben, der einen einfachen Aufbau besitzt und sich billig herstellen läßt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Absolutwertcodierer folgende Merkmale:
eine Drehscheibe;
ein auf der Drehscheibe ausgebildetes optisches Muster, das zum Erzeugen eines Absolutwertsignals optisch detektierbar ist;
eine erste und eine zweite optische Musterdetektiereinrichtung, die in einem 90°-Winkelabstand in Drehrichtung der Drehscheibe angeordnet sind, um das optische Muster optisch zu lesen;
eine Resolver-Digital-Wandlereinrichtung, die ein erstes, von der ersten optischen Musterdetektiereinrichtung ausgegebenes Detektiersignal und ein zweites, von der zweiten optischen Detektiereinrichtung ausgegebenes Detektiersignal empfängt und eine hinreichende Anzahl von Bits einer Absolutwertsignalgruppe auf der Basis des ersten und des zweiten Detektiersignals erzeugt;
wobei das optische Muster zum Erzeugen des Absolutwertsignals als Kurvenform ausgebildet ist, deren Entfernung von der Drehmitte der Drehscheibe sich abhängig von deren Winkelstellung ändert.

In der bevorzugten Ausgestaltung ist die Drehscheibe mit optischen Mustern ausgestattet, die koaxial bezüglich der Drehmitte der Drehscheibe angeordnet sind, um ein Inkrementiersignal zu erzeugen, und der Codierer enthält außerdem eine dritte optische Musterdetektiereinrichtung, um das optische Muster zu lesen und daraus das Inkrementiersignal zu erzeugen.

Die Resolver-Digital-Wandlereinrichtung kann das Inkrementiersignal auf der Grundlage des ersten und des zweiten Detektiersignals ausgeben.

Sowohl die erste als auch die zweite optische Musterdetektiereinrichtung kann eine Lichtquelle und ein Linearpositions-Detektierelement enthalten, wobei letzteres von der Lichtquelle emittiertes Licht über das optische Muster empfängt, das Positionsdetektierelement kann so angeordnet sein, daß es sich mit einem optischen Muster zum Erzeugen des Absolutwertsignals an mindestens einer Position kreuzt, wobei Ausgangssignale von beiden Enden des Positionsdetektierelements aufaddiert werden, um die Stärke der Lichtquelle mit einem sich aus der Addition ergebenden Summensignal zu regeln, damit das Summensignal konstant wird, um das Ausgangssignal von einem Ende des Positionsdetektierelements als das Detektiersignal verwendet wird.

Das optische Muster zum Erzeugen des Absolutwertsignals kann eine Kurve sein, die gemäß folgender Gleichung verläuft:

r = (A + B)/2 - {(A - B)/2} sin Φ

wobei Φ der Drehwinkel der Drehscheibe, A der längste Radius und B der kürzeste Radius und r ein Radius ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein optischer Absolutwertcodierer:
eine um eine Drehachse drehbare Drehscheibe mit einer Anfangswinkelstellung;
eine der Drehscheibe zugeordnete erste Einrichtung zum geometrischen Umwandeln der Winkelversetzung der Drehscheibe gegenüber der Anfangswinkelstellung in einen linearen Versatz gegenüber einer Anfangs-Linearposition; und
eine zweite Einrichtung zum optischen Nachweisen einer linear versetzten Position und zum Generieren eines elektrischen Signals, welches repräsentativ ist für die linear versetzte Position, und welches als Ausgangssignal dient, welches bezeichnend für die Winkelstellung der Drehscheibe ist.

Die erste Einrichtung kann aufweisen: Ein optisch nachweisbares Element auf der Drehscheibe, welches sich im wesentlichen über den Umfang der Drehscheibe erstreckt und einen sich kontinuierlich ändernden radialen Abstand von der Drehachse der Drehscheibe zwischen einem bekannten maximalen Abstand und einem bekannten minimalen Abstand aufweist, wobei die zweite Einrichtung gegenüberliegend dem optisch nachweisbaren Element angeordnet ist und sich in radialer Richtung erstreckt, so daß sie das optisch nachweisbare Element an einer radialen Stelle kreuzt, die sich abhängig von der Winkelstellung der Drehscheibe ändert. Die Änderungsgeschwindigkeit des radialen Abstands des optisch detektierbaren Elements pro Winkeleinheit des Winkelversatzes der Drehscheibe kann konstant sein.

Das optisch detektierbare Element kann die Form eines lichtdurchlässigen Schlitzes haben, und die zweite Einrichtung kann eine Lichtemissionseinrichtung aufweisen, die sich auf einer Seite der Drehscheibe befindet, um einen Lichtstrahl zu emittieren, ferner eine photoempfindliche Einrichtung auf der anderen Seite der Drehscheibe, um den Lichtstrahl durch den lichtdurchlässigen Schlitz hindurch zu empfangen und das elektrische Signal auszugeben, welches sich abhängig von dem Auftreffpunkt des Lichtstrahls ändert.

In einer alternativen Ausgestaltung kann das optisch nachweisbare Element in Form eines Lichtreflexionsstreifens ausgebildet sein, und die zweite Einrichtung kann eine Lichtemissionseinrichtung auf einer Seite der Drehscheibe zum Emittieren des Lichtstrahls sowie eine photoempfindliche Einrichtung auf der gleichen Seite wie die Lichtemissionseinrichtung in bezug auf die Drehscheibe aufweisen,
wobei die photoempfindliche Einrichtung das von dem Lichtreflexionsstreifen reflektierte Lichtbündel empfängt, um das elektrische Signal auszugeben, welches sich abhängig von dem Auftreffpunkt des Lichtbündels ändert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die photoempfindliche Einrichtung ein lineares Halbleiter-Positionsdetektierelement sein.

Die zweite Einrichtung kann eine erste optische Einrichtung an einer ersten Stelle entsprechend einer ersten bekannten Winkelposition und eine zweite optische Einrichtung an einer zweiten, einer zweiten bekannten Winkelposition entsprechenden Stelle mit einem Winkelversatz gegenüber der ersten Winkelposition aufweisen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absolutwertcodierers;

Fig. 2A eine Schaltungsskizze einer Sensorsteuerschaltung für den Codierer nach Fig. 1;

Fig. 2B eine anschauliche Darstellung, die das Prinzip eines Positionsdetektierelements zeigt;

Fig. 3A eine anschauliche Darstellung eines optischen Musters auf einer Drehscheibe;

Fig. 3B eine Teil-Seitenansicht bei Betrachtung in Richtung des Pfeils D in Fig. 3A;

Fig. 3C eine anschauliche Darstellung eines Teils des optischen Musters, der in bezug auf ein Halbleiter- Positionsdetektierelement abhängig von der Drehung der Drehscheibe verschoben ist; und

Fig. 4 Signalverläufe, die Signalwellenformen zeigen, die von dem optischen Sensor zum Erzeugen eines Absolutwertsignals erhalten werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die bevorzugte Ausführungsform eines optischen Absolutwertcodierers gemäß der Erfindung soll im folgenden detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Natürlich sind die dargestellten Beispiele nicht als Beschränkung des Schutzumfangs gemäß den Ansprüchen zu verstehen.

Fig. 1 ist eine schematische und teilweise als Diagramm gefaßte Darstellung, die den Gesamtaufbau der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Absolutwertcodierers zeigt.

Der optische Absolutwertcodierer 1 besitzt eine Drehscheibe 3, die fest auf einer Drehwelle 2 einer Drehmaschine, beispielsweise eines Motors, befestigt ist. In der Drehscheibe 3 ist ein optisches Muster ausgebildet, welches auf optischem Weg detektiert werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das optische Muster 4 zum Erzeugen eines Absolutwertsignals gebildet an einer radial innen gelegen Seite, und ein optisches Muster 5 zum Erzeugen eines Inkrementiersignals ist an einer radial außen gelegenen Stelle angeordnet.

Um das optische Muster 4 zum Erzeugen des Absolutwertsignals zu detektieren, sind ein erster und ein zweiter optischer Sensor mit einem 90°-Winkelversatz in Drehrichtung vorgesehen. Sowohl der erste als auch der zweite optische Sensor enthält ein Lichtemissionselement und ein photoempfindliches Element, welches einen von dem Lichtemissionselement emittierten Lichtstrahl durch das optische Muster 4 hindurch empfängt. Als photoempfindliches Element wird hier ein lineares Halbleiter-Positionsdetektierelement verwendet. Die Ausgestaltungen dieses ersten und zweiten Sensors 6 und 7 werden weiter unten näher betrachtet.

Andererseits ist das optische Muster 5 zum Erzeugen des Inkrementiersignals aufgebaut aus einer A-Phasen-Schlitzgruppe und einer B-Phasen-Schlitzgruppe, wie es bei optischen Codierern üblicherweise der Fall ist. Um das Schlitzmuster zu erfassen, ist ein dritter optischer Sensor 8 vorgesehen. Als dritter optischer Sensor wird vorzugsweise eine Kombination aus einer Photodiode und einem Phototransistor eingesetzt.

Der erste und der zweite optische Sensor 6 und 7 sind an eine Sensorsteuerschaltung 11 bzw. 12 angeschlossen. Beide Sensorsteuerschaltungen 11 und 12 führen eine Signalverarbeitung einschließlich einer Regelung der Stärke der Lichtquelle durch, außerdem eine Wellenformung und eine Verstärkung eines Detektiersignals 56, 57. Diese Sensorsteuerschaltungen 11 und 12 werden unten näher erläutert. Ein Detektiersignal S8 von dem dritten optischen Sensor 8 wird einer Signalverarbeitung unterzogen, beispielsweise einer Verstärkung, einer Wellenformung und dergleichen, was mit Hilfe einer Signalverarbeitungsschaltung 13 geschieht.

Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Resolver-Digital-Wandler. Die Detektiersignale von dem ersten, dem zweiten und dem dritten optischen Sensor 6, 7 und 8 werden über die Steuerschaltungen 11 und 12 und die Signalverarbeitungsschaltung 13 in den Wandler 20 eingegeben. Der Wandler 20 führt eine Digitalisierung der Detektiersignale S6 und S7 aus dem ersten bzw. dem zweiten optischen Sensor 6 und 7 durch, um ein n Bits umfassendes Absolutwertsignal in Form einer Signalgruppe S(n) zu erzeugen (wobei n eine natürliche Zahl ist), und auszugeben. Andererseits wird das Detektiersignal S8 (A-Phasen- und B-Phasen- Signal) des dritten optischen Sensors 8 in Form von Inkrementiersignalen A und B ausgegeben. In Fig. 2A ist der Aufbau des ersten optischen Sensors 6 und einer Sensorsteuerschaltung 11, die an den Sensor 6 angeschlossen ist, dargestellt. Da der zweite optische Sensor 7 und die zweite Sensorsteuerschaltung 12 den gleichen Aufbau wie der Sensor 6 bzw. die Schaltung 11 haben, soll hier stellvertretend nur der Sensor 6 mit der Steuerschaltung 11 beschrieben werden.

Der erste optische Sensor 6 enthält eine Lichtquelle 61 und ein lineares Halbleiter-Positionsdetektierelement. Diese Elemente sind einander gegenüberliegend auf beiden Seiten des optischen Musters auf der Drehscheibe 3 angeordnet, um das Absolutwertsignal zu liefern.

Im folgenden wird anhand der Fig. 2B das lineare Halbleiter- Positionsdetektierelement 62 erläutert. Das lineare Halbleiter- Positionsdetektierelement 62 ist aufgebaut mit Hilfe einer P-leitenden Halbleiterschicht 65 auf einer Oberseite, einem I-Halbleiter (eigenleitenden Halbleiter) im Zwischenbereich und einer N-leitenden Halbleiterschicht 67 auf der Rückseite. Eine Photoaufnahmefläche 65a ist als längliche Rechteckform ausgebildet. Das in der oben geschilderten Weise aufgebaute lineare Halbleiter-Positionsdetektierelement 62 ist in der Lage, die Amplitude eines Ausgangssignals (des Aussangsstroms) abhängig davon zu variieren, an welcher Stelle der von der Lichtquelle 61 emittierte Lichtstrahl auftrifft. In dem Positionsdetektierelement 62 wird ein Strom I(O) an die Halbleiterschicht 67 auf der Rückseite des Bauelements gelegt, und ein Lichtstrahl gelangt an einen Punkt, der von einem Anschluß 69 einen Abstand x hat, so daß ein Strom I(1) von einem Anschluß 68 an einer Seite in Längsrichtung der Lichtempfangsfläche ausgegeben wird, während ein Strom I(2) von dem anderen Anschluß 69 abgegeben wird. Es sei nun angenommen, daß der Abstand zwischen dem Anschluß 68 und dem Anschluß 69 den Wert L habe, so daß der Strom I(1) folgende Stärke aufweist:

I(1) = 1(0) · x/L.

Folglich wird der Storm I(1) zu einem Signal, welches repräsentativ ist für die Position des Punkts x. Es sei beachtet, daß ein Strom I(2) folgenden Wert annimmt:

I(2) = {(L-x)/L} · I(0).

Damit wird der Strom I(2) zu einem Signal, welches kennzeichnend ist für die Position des Punkts x.

Aus der obigen Diskussion ist ersichtlich, daß der an den beiden Enden des linearen Halbleiter-Positionsdetektierelements 62 erscheinende Ausgangsstrom eine Funktion der Abstände des Auftreffpunkts des Lichtstrahls ist. Wenn man also den an einem Ende des linearen Halbleiter-Positionsdetektierelements 62 erscheinenden Ausgangsstrom hernimmt, also einen Ausgangsstrom, der die Position des optischen Musters an dem Kreuzungspunkt mit dem linearen Halbleiter- Positionsdetektierelement 62 widerspiegelt, erhält man das gewünschte Ausgangssignal.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das lineare Halbleiter- Positionsdetektierelement 62 derart ausgebildet, daß der maximale Strom dann geliefert wird, wenn der Auftreffpunkt sich in größter Nähe an der radial innen gelegenen Seite des Halbleiter-Positionsdetektierelements 62 befindet. Der Ausgangsstrom des linearen Halbleiter- Positionsdetektierelements 62 wird miminal an dem Auftreffpunkt in größter Nähe der radial außen gelegenen Seite des Positionierdetektierelements 62.

Erneut auf Fig. 2A bezug nehmend, ist eine Schlitzplatte 70 zum Konzentrieren von Licht auf einen Lichteingangsabschnitt des linearen Positionsdetektierelements 63 an dessen Oberseite befestigt. Dies dient zum Konzentrieren des Lichts auf das Detektierelement 63 und zum Verringern von Einflüssen externen Lichts.

Das optische Muster 4 auf der Drehscheibe 3 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3A, 3B und 3C erläutert.

Wie in Fig. 3A gezeigt ist, ist das optische Muster 4 zum Erzeugen des Absolutwertsignals ausgebildet als lichtdurchlässiges Band oder Schlitz in etwa kreisförmiger Gestalt. Das Profil dieses Bands oder Schlitzes ist eine einem Kreis angenäherte Kurve, jedoch ändert sich ein Radius oder ein radialer Abstand r zu der Drehachse der Drehscheibe nach Maßgabe des Drehwinkels Φ der Drehscheibe. Es wäre vorzuziehen, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Radius oder des radialen Abstands r pro Winkeleinheit der Winkelversetzung der Drescheibe konstant ist, so daß die Radius-Änderung direkt den Winkelversatz der Drehscheibe widerspiegeln würde. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der längste Radius mit A und der kürzeste Radius mit B bezeichnet, und der Radius r ändert sich nach Maßgabe folgender Gleichung:

r = (A + B)/2 - ((A - B)/2) sin Φ.

Bezüglich des lichtdurchlässigen Bandes oder Schlitzes als optisches Muster 4 auf der Drehscheibe 3 ist das lineare Halbleiter- Positionsdetektierelement 62 derart angeordnet, daß die Lichtempfangsfläche 65a das Band kreuzen oder schneiden kann. Darüberhinaus ist die Länge L der Lichtempfangsfläche 65a in Längsrichtung des Bauelements so gewählt, daß die gesamte Schwankungsbreite des Radius r abgedeckt ist.

Man beachte, daß der erste und der zweite optische Sensor 6 und 7 identischen Aufbau haben und an Stellen angeordnet sind, die gegeneinander in Drehrichtung der Drehscheibe in bezug auf das Band (das optische Muster 4) der Drehscheibe 3 einen Winkelversatz von 90° aufweisen. Als Ergebnis werden zwei Detektiersignale S6 und S7 mit einer 90° betragenden Phasenverschiebung erhalten. Diese können als Resolver-(Einzelphasen)-Ausgangssignal verwendet werden.

Fig. 3B ist eine Teil-Seitenansicht bei Betrachtung in Richtung des Pfeils D in Fig. 3A und zeigt eine Lagebeziehung zwischen der Lichtquelle 61 und dem Positionsdetektierelement 62. Außerdem zeigt Fig. 3C die Bewegung oder Wanderung der Lichtdurchlaßposition bei sich drehender Drehscheibe 3.

Erneut auf Fig. 2A bezug nehmend, ist das Positionsdetektierelement 62 mit Verstärkern 74 und 75 ausgestattet, welche Positionssignale I(1) und I(2) empfangen und diese verstärken. Das Ausgangssignal des Verstärkers 75 ist als Ausgangssignal S6 des linearen Halbleiter- Positionsdetektierelements 62 repräsentativ für den Auftreffpunkt des Lichtstrahls, der von der Lichtquelle 61 abgegeben wird, und mithin repräsentativ für die radiale Position des optischen Musters 4 an dem Kreuzungspunkt mit dem linearen Halbleiter-Positionsdetektierelement 62. Andererseits werden die beiden Ausgangssignale dieser Verstärker 74 und 75 von einer Addierstufe 76 addiert, um ein Summensignal zu erhalten. Das Summensignal wird auf einen Verstärker 77 gegeben, der die Lichtquelle 61 treibt. Der Verstärker 77 stellt die Stärke der Lichtquelle 61 ein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Stärke des von der Lichtquelle 61 emittierten Lichts derart geregelt, daß das eingegebene Summensignal stets auf einem konstanten Wert gehalten wird. Mit einer solchen Anordnung wird die Summe ein konstanter Wert, wodurch eine Subtraktion eines Wertes überflüssig wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausgangssignal des Verstärkers 75. In dieser Figur ist das Signal S6 das Detektiersignal, welches von dem den ersten optischen Sensor 6 bildenden linearen Positionsdetektierelement 62 erhalten wird, und das Signal S7 ist das Detektiersignal, welches von dem linearen Positionsdetektierelement 62, welches den zweiten optischen Sensor 7 bildet, erhalten wird. Man sieht daher, daß das Detektiersignal S6 dem anderen Detektiersignal S7 in der Phase um 90° voreilt.

Man sieht außerdem, daß der optische Sensor 6 relativ zu der Drehscheibe 3 derart angeordnet ist, daß er dem Punkt des optischen Musters gegenüberliegt, bei dem der radiale Abstand oder der Radius r an der Ausgangs- oder Anfangsstellung der Drehscheibe bei 0° Winkelversatz minimal ist. Andererseits ist der optische Sensor 7 in Relation zu der Drehscheibe 3 derart angeordnet, daß er dem Zwischenpunkt des optischen Musters zwischen maximalem und minimalem Radius bei 0° Winkelversatz gegenüberliegt. Darüberhinaus ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß das optische Muster 4 symmetrisch bezüglich der Mittellinie ist, die sich durch den Drehmittelpunkt der Drehscheibe und entlang der Längsachse des optischen Sensors 60 erstreckt. Daher erscheint während einer vollen Umdrehung der Drehscheibe 3 über 360° der gleiche Ausgangspegel zweimal. Da allerdings die Ausgangssignale S6 und S7 der optischen Sensoren 6 und 7 eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen, kann die Kombination der Ausgangssignale 56 und 57 eine exakte Winkelstellung der Drehscheibe angeben.

Das Ausgangssignal 56 des Verstärkers 75 wird dem Resolver-Digital- Wandler 20 zugeführt.

Wie oben ausgeführt ist, ist auf der Drehscheibe das optische Muster in der Weise ausgebildet, daß es eine dem Kreis angenäherte Kurve darstellt, deren Radius sich abhängig von der Winkelstellung der Drehscheibe ändert, und dieses optische Muster wird von dem ersten und dem zweiten optischen Sensor, die um 90° winkelversetzt entlang der Drehrichtung der Drehscheibe angeordnet sind, detektiert, um in ihrer Phase um 90° verschobene Signale zu erzeugen. Auf der Grundlage der eine Phasenverschiebung von 90° aufweisenden Signale lassen sich die benötigten Bits der Absolutwertsignale von dem Resolver- Digital-Wandler erzeugen und als Ausgangsgröße abgeben. Erfindungsgemäß läßt sich also der Aufbau im Vergleich zu den herkömmlichen optischen Absolutwertkodierern vereinfachen, bei denen mehrere optisch detektierbare Spuren in einer Anzahl vorhanden sind, die der benötigten Bitzahl entspricht, wobei eine entsprechende Anzahl optischer Sensoren erforderlich ist. Demgegenüber bedeutet die Erfindung eine Vereinfachung und Kostensenkung.

Wie erwähnt, wurden oben nur Beispiele für mögliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, während der Schutzumfang allein durch die Ansprüche gegeben ist. Es sind zahlreiche Abwandlungen möglich.

Während beispielsweise bei der oben beschriebenen Ausführungsform Schlitzgruppen einer A-Phase und einer B-Phase am Außenumfang der Drehscheibe angeordnet sind, und die Schlitzgruppen mit optischen Sensoren gelesen werden, um Inkrementiersignale A und B zu erhalten, ist es ebenfalls möglich, diese Inkrementiersignale auf der Grundlage der Absolutwertsignale S6 und S7 innerhalb des Resolver-Wandlers zu erzeugen und sie auszugeben.

Ferner ist bei dem obigen Ausführungsbeispiel das lichtdurchlässige Band als optisches Muster in der Drehscheibe ausgebildet. Es ist allerdings ebenfalls möglich, ein lichtreflektierendes Band vorzusehen. In diesem Fall befinden sich das lichtemittierende Element und das photoempfindliche Element des optischen Sensors auf ein und derselben Seite der Drehscheibe.

Claims (15)

1. Optischer Absolutwertcodierer, umfassend:

• - eine Drehscheibe (2);
• - ein auf der Drehscheibe (2) ausgebildetes optisches Muster (4), das zum Erzeugen eines Absolutwertsignals optisch detektierbar ist;
• - eine erste und eine zweite optische Musterdetektiereinrichtung (6, 7), die in einem 90°-Winkelabstand in Drehrichtung der Drehscheibe angeordnet sind, um das optische Muster (4) optisch zu lesen; und
• - eine Resolver-Digital-Wandlereinrichtung (20), die ein erstes von der ersten optischen Musterdetektiereinrichtung (6) ausgegebenes Detektiersignal (S6) und ein zweites, von der zweiten optischen Detektiereinrichtung (S7) ausgegebenes Detektiersignal (7) empfängt und eine hinreichende Anzahl von Bits einer Absolutwertsignalgruppe auf der Basis des ersten und des zweiten Detektiersignals erzeugt;

wobei das optische Muster zum Erzeugen des Absolutwertsignals als Kurvenform (4) ausgebildet ist, deren Entfernung von der Drehmitte der Drehscheibe (3) sich abhängig von deren Winkelstellung ändert.

2. Codierer nach Anspruch 1, bei dem die Drehscheibe (3) mit optischen Mustern (5) versehen ist, die koaxial in bezug auf die Drehmitte der Drehscheibe (3) angeordnet sind, um ein Inkrementiersignal zu erzeugen, wobei der Codierer außerdem eine dritte optische Musterdetektiereinrichtung (1) aufweist, um das optische Muster (5) zum Erzeugen des Inkrementiersignals optisch zu lesen.

3. Codierer nach Anspruch 1, bei dem der Resolver-Digital-Wandler das Inkrementiersignal (A, B) auf der Grundlage des ersten und des zweiten Detektiersignals (S6, S7) erzeugt.

4. Codierer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste und die zweite optische Musterdetektiereinrichtung (6, 7) jeweils aufweist: Eine Lichtquelle (61) und ein lineares Positionsdetektierelement (62), welches von der Lichtquelle emittiertes Licht über das optische Muster (4) empfängt und derart angeordnet ist, daß es sich mit dem optischen Muster zum Erzeugen des Absolutwertsignals an mindestens einer Stelle kreuzt, daß Ausgangssignale von den beiden Enden des Positionsdetektierelements (62) addiert werden, um die Stärke der Lichtquelle mit einem aus der Addition sich ergebenden Summensignal derart zu steuern, daß das Summensignal konstant wird, während das Ausgangssignal von einem Ende des Positionsdetektierelements (62) als das Detektiersignal verwendet wird.

5. Codierer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das optische Muster zum Erzeugen des Absolutwertsignals eine Kurve ist, die gemäß folgender Gleichung verläuft:
r = (A + B)/2 - {(A - B)/2} sin Φ wobei Φ der Drehwinkel der Drehscheibe (3), A der längste Radius und B der kürzeste Radius und r ein Radius ist.

6. Optischer Absolutwertcodierer, umfassend folgende Merkmale:
eine um eine Drehachse drehbare Drehscheibe (2) besitzt eine definierte Anfangswinkelstellung;
der Drehscheibe (3) ist eine erste Einrichtung (6, 62) zugeordnet, die den Winkelversatz der Drehscheibe gegenüber der Anfangswinkelstellung umwandelt in einen linearen Versatz gegenüber einer linearen Anfangsposition; und
eine zweite Einrichtung (20) dient zum optischen Detektieren einer linear versetzten Position und zum Erzeugen eines elektrischen Signals, welches repräsentativ ist für die linear versetzte Position, wobei das Signal als Ausgangssignal dient, welches repräsentativ ist für eine Winkelstellung der Drehscheibe (3).

7. Codierer nach Anspruch 6, bei dem die erste Einrichtung aufweist:
Ein optisch detektierbares Element (4) an der Drehscheibe, wobei sich das Element im wesentlichen über den Umfang der Drehscheibe erstreckt und einen sich kontinuierlich ändernden radialen Abstand von der Drehachse der Drehscheibe (3) zwischen einem bekannten maximalen Abstand und einem bekannten minimalen Abstand aufweist, und die zweite Einrichtung gegenüber dem optisch detektierbaren Element angeordnet ist und sich in radialer Richtung derart erstreckt, daß es das optisch detektierbare Element (4) an einer radialen Position kreuzt, die sich abhängig von der Winkelstellung der Drehscheibe (3) ändert.

8. Codierer nach Anspruch 7, bei dem die Änderungsgeschwindigkeit des radialen Abstands des optisch detektierbaren Elements (4) pro Winkeleinheit des Winkelversatzes der Drehscheibe konstant ist.

9. Codierer nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das optisch detektierbare Element (4) in Form eines lichtdurchlässigen Schlitzes ausgebildet ist, und die zweite Einrichtung eine Lichtemissionseinrichtung auf einer Seite der Drehscheibe zum Emittieren eines Lichtstrahls aufweist, ferner eine photoempfindliche Einrichtung auf der andere Seite der Drehscheibe, um den Lichtstrahl über den lichtdurchlässigen Schlitz zu empfangen und das elektrische Signal auszugeben, welches sich abhängig von dem Auftreffpunkt (x) des Lichtstrahls ändert.

10. Codierer nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das optisch detektierbare Element in Form eines lichtreflektierenden Streifens ausgebildet ist, und die zweite Einrichtung eine Lichtemissionseinrichtung auf einer Seite der Drehscheibe zum Emittieren eines Lichtstrahls, ferner eine photoempfindliche Einrichtung auf derselben Seite der Drehscheibe wie die Lichtemissionseinrichtung aufweist, um den von dem reflektierenden Streifen reflektierten Lichtstrahl zu empfangen und das elektrische Signal auszugeben, welches sich abhängig vom Auftreffpunkt des Lichtstrahls ändert.

11. Codierer nach Anspruch 7, bei dem die zweite Einrichtung aufweist: eine erste optische Einrichtung, die sich an einer ersten Stelle entsprechend einer ersten bekannten Winkelstellung befindet, und eine zweite optische Einrichtung, die sich an einer zweiten Stelle befindet, die einer zweiten bekannten Winkelstellung entspricht, wobei die zweite Winkelstellung gegenüber der ersten Winkelstellung einen definierten Winkelabstand aufweist.

12. Codierer nach Anspruch 11, bei dem das optisch detektierbare Element in Form eines lichtdurchlässigen Schlitzes ausgebildet ist und sowohl die erste als auch die zweite optische Einrichtung der zweiten Einrichtung aufweist: eine Lichtemissionseinrichtung auf einer Seite der Drehscheibe, um einen Lichtstrahl zu emittieren, und eine photoempfindliche Einrichtung auf der anderen Seite der Drehscheibe, um den Lichtstrahl über den lichtdurchlässigen Schlitz zu empfangen und das elektrische Signal auszugeben, welches sich abhängig vom Auftreffpunkt des Lichtstrahls ändert.

13. Codierer nach Anspruch 11, bei dem das optisch detektierbare Element in Form eines lichtreflektierenden Streifens so ausgebildet ist, und sowohl die erste als auch die zweite optische Einrichtung der zweiten Einrichtung aufweist: eine Lichtemissionseinrichtung auf einer Seite der Drehscheibe, um einen Lichtstrahl zu emittieren, und eine photoempfindliche Einrichtung auf derselben Seite der Drehscheibe wie die Lichtemissionseinrichtung, um den von dem reflektierenden Streifen reflektierten Lichtstrahl zu empfangen und das elektrische Signal auszugeben, welches sich abhängig vom Auftreffpunkt des Lichtstrahls ändert.

14. Codierer nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die photoempfindliche Einrichtung ein lineares Halbleiter- Positionsdetektierelement (62) ist.