DE19750474A1 - Rotation transmitter, for angle measurement - Google Patents

Rotation transmitter, for angle measurement

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Abstract

A light transmitter (12,14) is arranged on one side of a graduated plate (16). A scanning receiver (22) is arranged on the opposite side of the graduated plate. The shaft (10) of the rotation transmitter has a bore coaxial in its end face. The light transmitter is arranged in the bore. The graduated plate is inserted in the bore before the light transmitter. The scanning receiver sensor is arranged in the front of the shaft end face.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehgeber, der nach dem Durch­ licht-Abtastprinzip arbeitet, gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.The invention relates to an encoder, which after the light scanning principle works according to the preamble of the An saying 1.

Bei Drehgebern dieser Gattung trägt eine lichtdurchlässige Teilscheibe eine Winkelmaßverkörperung. Auf einer Seite der Scheibe ist ein Lichtsender angeordnet, während auf der entge­ gengesetzten Seite ein fotoelektrischer Abtastempfänger an­ geordnet ist. Das von dem Lichtsender ausgesandte Licht wird durch die Winkelmaßverkörperung der Teilscheibe moduliert. Der Abtastempfänger wandelt die modulierten Lichtsignale in elek­ trische Meßsignale um. Die Winkelmaßverkörperung kann inkre­ mental oder absolut kodiert ausgebildet sein. Drehgeber dieser Art werden insbesondere zur Messung des Winkels und/oder der Winkelgeschwindigkeit eingesetzt.Encoders of this type have a translucent one Partial disc an angular measure. On one side of the Disk is arranged a light transmitter, while on the opposite opposite side to a photoelectric scanning receiver is ordered. The light emitted by the light transmitter becomes modulated by the angular scale of the index plate. Of the Scanning receiver converts the modulated light signals into electrical trical measurement signals. The angle measure can be incorrect be mentally or absolutely coded. Encoder this Kind are used in particular to measure the angle and / or the Angular velocity used.

Bei den bekannten Drehgebern ist die Teilscheibe drehfest mit einer Welle verbunden, deren Winkelstellung zu messen ist. Dies kann entweder die Welle eines Motors sein oder eine Ein­ gangswelle des Drehgebers, die mit der Motorwelle gekuppelt wird. Die Winkelmaßverkörperung ist auf der Teilscheibe kon­ zentrisch um die Welle angeordnet. Der Lichtsender und der Abtastempfänger sind achsparallel zu der Welle angeordnet. Bei diesen bekannten Drehgebern weist dementsprechend die Teil­ scheibe einen Radius auf, der um zumindest die radiale Breite der Winkelmaßverkörperung größer ist als der Radius der Welle. Bei hohen Drehzahlen ergeben sich deshalb hohe Zentrifugal­ kräfte, die auf die Teilscheibe wirken. Diese Zentrifugal­ kräfte können zu einer Zerstörung der aus Glas oder Kunststoff bestehenden Teilscheibe führen, so daß der Drehgeber aus Grün­ den der Betriebssicherheit nur bis zu einer begrenzten Dreh­ zahl verwendet werden kann.In the known rotary encoders, the indexing disk is non-rotatable connected to a shaft whose angular position is to be measured. This can either be the shaft of an engine or an on gear shaft of the encoder, which is coupled to the motor shaft becomes. The angular scale is con arranged centrally around the shaft. The light transmitter and the Scanning receivers are arranged axially parallel to the shaft. At  these known encoders accordingly have the part slice a radius that is at least the radial width the angular measure is larger than the radius of the shaft. At high speeds, this results in high centrifugal forces forces acting on the index plate. This centrifugal Forces can destroy the glass or plastic guide existing indexing disk so that the encoder is green that of operational security only up to a limited rotation number can be used.

Aus der DE 93 21 318 U1 ist es bekannt, die aus Glas oder Kunststoff bestehende Teilscheibe des Drehgebers mit einem Metallring einzufassen, der die Zentrifugalkräfte bei hohen Drehzahlen abstützt. Das Aufbringen des Metallringes ist auf­ wendig. Zudem erzeugt der am Außenumfang der Teilscheibe an­ geordnete Metallring seinerseits Zentrifugalkräfte.From DE 93 21 318 U1 it is known that made of glass or Plastic encoder disc with a Border metal ring that the centrifugal forces at high Speeds supported. The metal ring is on agile. It also creates on the outer circumference of the indexing disc orderly metal ring in turn centrifugal forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber, der nach dem Durchlicht-Abtastprinzip arbeitet, zur Verfügung zu stellen, der sich auch für hohe Drehzahlen eignet.The invention has for its object a rotary encoder works on the transmitted light scanning principle places that are also suitable for high speeds.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Dreh­ geber mit den Merkmalen des Anspruchs 1.According to the invention, this object is achieved by a rotation donor with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Drehgeber in der Achse der rotierenden Welle anzuordnen. Die Winkelmaß­ verkörperung der Teilscheibe und der Lichtsender befinden sich nicht außerhalb des Umfangs der Welle. Der Lichtsender ist vielmehr innerhalb der Welle angeordnet und die Teilscheibe ist konzentrisch in die Welle eingesetzt.The basic idea of the invention is the encoder in to arrange the axis of the rotating shaft. The angle measure Embodiment of the index plate and the light transmitter are located not outside the circumference of the shaft. The light transmitter is rather arranged inside the shaft and the indexing disk is inserted concentrically in the shaft.

Diese Anordnung ergibt wesentliche Vorteile. Der Durchmesser der Teilscheibe ist wesentlich reduziert. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Verringerung der auf die Teilscheibe wirkenden Zentrifugalkräfte. Der Drehgeber kann mit erheblich höheren Drehzahlen betrieben werden, bevor Zentrifugalkräfte auftre­ ten, die zu einer Beschädigung der Teilscheibe führen können.This arrangement gives significant advantages. The diameter the index plate is significantly reduced. This results in a significant reduction in the acting on the indexing disc Centrifugal forces. The encoder can be used with significantly higher  Speeds are operated before centrifugal forces occur that can damage the indexing disk.

Da die Teilscheibe in die Welle eingesetzt ist, wird die Teilscheibe an ihrem Außenumfang von der Welle umfaßt. Die Teilscheibe wird somit an ihrem Außenumfang durch die Welle abgestützt, ohne daß ein zusätzlicher Metallring angebracht werden muß. Dadurch ist der Aufbau des Drehgebers einfacher und seine Herstellung kostengünstiger. Außerdem erhöht die Abstützung der Teilscheibe an ihrem Außenumfang durch die Welle die zulässigen Drehzahlen. Der Geber kann problemlos bis zu Drehzahlen von etwa 100.000 Umdrehungen pro Minute einge­ setzt werden.Since the indexing disc is inserted into the shaft, the Partial disc on its outer periphery encompassed by the shaft. The Partial disk is thus on its outer circumference by the shaft supported without an additional metal ring attached must become. This makes it easier to set up the encoder and its manufacture more cost-effectively. It also increases the Support of the index plate on its outer circumference by the Shaft the permissible speeds. The encoder can easily up to at speeds of approximately 100,000 revolutions per minute be set.

Die durch die koaxiale Anordnung des Drehgebers in der Welle bedingten geringen Durchmesserabmessungen machen den Drehgeber insbesondere auch für die Verwendung bei kleinsten Motoren geeignet. Der Außendurchmesser des Drehgebers kann beispiels­ weise nur etwa 20 mm betragen.Due to the coaxial arrangement of the encoder in the shaft Conditional small diameter dimensions make the encoder especially for use with the smallest motors suitable. The outside diameter of the encoder can be, for example be only about 20 mm.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die ein­ zige Figur zeigt den Drehgeber schematisch im Axialschnitt.In the following the invention with reference to one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. The one Zige figure shows the encoder schematically in axial section.

Der Drehgeber weist eine rotierende Welle 10 auf, die z. B. die Welle eines Motors sein kann oder mit der Welle eines Motors drehfest gekuppelt wird. In der freien Endstirnfläche der Welle 10 ist koaxial eine Bohrung vorgesehen. Im Grund der Bohrung ist koaxial zur Welle 10 eine Lichtquelle 12 angeord­ net. Vor der Lichtquelle 12 ist in die Bohrung eine Kollima­ torlinse 14 eingesetzt, die das von der Lichtquelle 12 ausge­ sandte Licht parallel bündelt. In der Endstirnfläche der Welle 10 ist in die Bohrung konzentrisch eine Teilscheibe 16 aus Glas oder einem lichtdurchlässigen Kunststoff eingesetzt, die eine Winkelmaßverkörperung trägt.The encoder has a rotating shaft 10 which, for. B. can be the shaft of a motor or is rotatably coupled to the shaft of a motor. A bore is provided coaxially in the free end face of the shaft 10 . In the bottom of the bore, a light source 12 is arranged coaxially to the shaft 10 . In front of the light source 12 , a collimator lens 14 is inserted into the bore, which bundles the light sent out from the light source 12 in parallel. In the end face of the shaft 10 , a graduated disk 16 made of glass or a translucent plastic is inserted concentrically into the bore and bears an angular scale.

Das freie Ende der Welle 10 sitzt mittels eines Radialkugella­ gers 18 drehbar gelagert in einem Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 ist in nicht dargestellter, an sich bekannter Weise über eine Kupplung verdrehfest aber radial und axial elastisch nach­ gebend gelagert, z. B. mit dem Gehäuse des Motors verbunden, dessen Welle mittels des Drehgebers gemessen wird.The free end of the shaft 10 is seated by means of a Radialkugella gers 18 rotatably mounted in a housing 20. The housing 20 is in a manner not shown, known per se via a coupling but radially and axially elastically resiliently mounted, for. B. connected to the housing of the motor, the shaft of which is measured by means of the rotary encoder.

Axial vor der Endstirnfläche der Welle 10 und damit vor der Teilscheibe 16 ist ein Abtastempfänger 22 fest in dem Gehäuse 20 angeordnet. Der Abtastempfänger 22 weist vorzugsweise lichtempfindliche Sensorelemente auf, die entsprechend der Winkelmaßverkörperung der Teilscheibe 16 zur Achse der Teilscheibe 16 konzentrisch angeordnet sind. Das von der Lichtquelle 12 ausgesandte und durch die Kollimatorlinse 14 kollimierte Licht tritt durch die Teilscheibe 16 hindurch und wird durch die Winkelmaßverkörperung der Teilscheibe 16 modu­ liert. Der feststehende Abtastempfänger 22 empfängt das modu­ lierte Lichtsignal der sich mit der Welle 10 drehenden Teil­ scheibe 16 und wandelt dieses in entsprechende elektrische Signale um, die zur Auswertung der Winkelstellung der Welle 10 verwendet werden.A scanning receiver 22 is arranged axially in front of the end face of the shaft 10 and thus in front of the indexing disk 16 in the housing 20 . The scanning receiver 22 preferably has photosensitive sensor elements which are arranged concentrically to the axis of the indexing disk 16 in accordance with the angular scale of the indexing disk 16 . The light emitted from the light source 12 and collimated by the collimator lens 14 light passes through the code wheel 16 passes, and is profiled by the Winkelmaßverkörperung of index wheel 16 modu. The fixed scanning receiver 22 receives the modulated light signal of the rotating disk part 16 with the shaft 10 and converts this into corresponding electrical signals that are used to evaluate the angular position of the shaft 10 .

Um die Lichtquelle 12, die sich in der Welle 10 befindet und mit dieser rotiert, elektrisch zu speisen, ist um die Welle 10 eine Statorspule 24 gelegt, die mit einer in der Welle 10 angeordneten und mit der Welle 10 rotierenden Rotorspule 26 zusammenwirkt, um einen die Lichtquelle 12 speisenden Genera­ torstrom zu erzeugen. Alternativ ist eine Stromspeisung der Lichtquelle 12 über Schleifkontakte möglich.In order to electrically feed the light source 12 , which is located in the shaft 10 and rotates with it, a stator coil 24 is placed around the shaft 10 , which cooperates with a rotor coil 26 arranged in the shaft 10 and rotating with the shaft 10 to generate a gate current feeding the light source 12 . Alternatively, the light source 12 can be supplied with current via sliding contacts.

Claims (7)

1. Drehgeber, der nach dem Durchlicht-Abtastprinzip arbei­ tet, mit einer rotierenden Welle, mit einer mit der Welle drehfest verbundenen Teilscheibe, mit einem auf einer Seite der Teilscheibe angeordneten Lichtsender und mit einem auf der entgegengesetzten Seite der Teilscheibe angeordneten Abtastempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) eine koaxial in ihre Endstirnfläche füh­ rende Bohrung aufweist, daß der Lichtsender (12, 14) in dieser Bohrung angeordnet ist, daß die Teilscheibe (16) konzentrisch, endseitig vor dem Lichtsender (12, 14) in die Bohrung eingesetzt ist und daß der Abtastempfänger (22) axial vor der Endstirnfläche der Welle (10) angeord­ net ist.1. Encoder, which works according to the transmitted light scanning principle, with a rotating shaft, with a rotating disc connected to the shaft in a rotationally fixed manner, with a light transmitter arranged on one side of the partial disc and with a scanning receiver arranged on the opposite side of the partial disc, characterized that the shaft ( 10 ) has a coaxial in its end face leading bore, that the light transmitter ( 12 , 14 ) is arranged in this bore, that the disc ( 16 ) concentrically, at the end in front of the light transmitter ( 12 , 14 ) Bore is inserted and that the scanning receiver ( 22 ) axially before the end face of the shaft ( 10 ) is angeord net. 2. Drehgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender eine zentrisch in die Bohrung der Welle (10) eingesetzte Lichtquelle (12) und eine vor der Licht­ quelle zentrisch in die Bohrung eingesetzte Kollimator­ linse (14) aufweist.2. Encoder according to claim 1, characterized in that the light transmitter has a centrally in the bore of the shaft ( 10 ) inserted light source ( 12 ) and a collimator lens ( 14 ) inserted in front of the light source centrally in the bore. 3. Drehgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (22) axial fluchtend vor der Endstirnfläche der Welle (10) angeordnet ist.3. Encoder according to claim 1 or 2, characterized in that the scanning device ( 22 ) is axially aligned in front of the end face of the shaft ( 10 ). 4. Drehgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastempfänger (22) von einem Gehäuse (20) getragen wird, welches die Welle (10) drehbar lagert und drehfest gehalten wird.4. Encoder according to claim 3, characterized in that the scanning receiver ( 22 ) is carried by a housing ( 20 ) which rotatably supports the shaft ( 10 ) and is held in a rotationally fixed manner. 5. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (12, 14) elek­ trisch durch einen Generator gespeist wird, der eine die Welle (10) umschließende Statorspule (24) und eine mit der Welle (10) rotierende Rotorspule (26) aufweist. 5. Encoder according to one of the preceding claims, characterized in that the light transmitter ( 12 , 14 ) is fed elec trically by a generator which encloses the shaft ( 10 ) surrounding the stator coil ( 24 ) and one with the shaft ( 10 ) rotating Has rotor coil ( 26 ). 6. Drehgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lichtsender (12, 14) elektrisch über Schleifkontakte gespeist wird.6. Encoder according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light transmitter ( 12 , 14 ) is fed electrically via sliding contacts. 7. Drehgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abtastempfänger (22) kon­ zentrisch zur Achse der Welle (10) angeordnete licht­ empfindliche Sensorelemente aufweist.7. Encoder according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning receiver ( 22 ) has con-centric to the axis of the shaft ( 10 ) arranged light-sensitive sensor elements.
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