DE19750474C2

DE19750474C2 - Encoder

Info

Publication number: DE19750474C2
Application number: DE1997150474
Authority: DE
Inventors: Josef Siraky
Original assignee: Max Stegmann GmbH
Current assignee: Stegmann & Co Kg 78166 Donaueschingen De GmbH
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: DE19750474A1

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. 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.

Aus der DE 40 13 936 A1 (Ausführungsbeispiel der Fig. 2) ist ein Drehgeber bekannt, bei welchem in eine koaxiale Bohrung der Endstirnfläche der Welle eine im Durchlicht-Prinzip abge tastete Teilscheibe eingesetzt ist. In einer der Endstirn fläche der Welle gegenüberliegenden Gehäusestirnfläche ist eine Leuchtdiode angeordnet, die konzentrisch von in einem Array angeordneten Fotodioden umgeben ist. Die Leuchtdiode greift durch eine zentrische Öffnung der Teilscheibe. Das Licht der Leuchtdiode wird durch einen in die Bohrung der Welle eingesetzten Reflektor als paralleles Lichtbündel re flektiert, um durch die Teilscheibe hindurch zu den Fotodioden zu gelangen. Die Teilscheibe befindet sich dabei innerhalb des Umfangs der Welle und wird an ihrem Außenumfang durch die Welle umfaßt und abgestützt. Der Durchmesser der Teilscheibe und damit die auf die Teilscheibe wirkenden Zentrifugalkräfte sind daher wesentlich reduziert, so dass der Drehgeber mit höheren Drehzahlen betrieben werden kann. Die Fotodioden müs sen jedoch bei der Montage des Drehgebers einzeln justiert werden, um eine konzentrische Anordnung in Bezug auf die Leuchtdiode und eine koaxiale Anordnung in Bezug auf die Welle zu gewährleisten. Die Montage und die Justierung sind dadurch aufwendig.From DE 40 13 936 A1 (exemplary embodiment of FIG. 2) a rotary encoder is known, in which a partial disk scanned in the transmitted light principle is inserted into a coaxial bore of the end face of the shaft. A light-emitting diode is arranged in a housing end face opposite the end face of the shaft and is surrounded concentrically by photodiodes arranged in an array. The light emitting diode reaches through a central opening in the indexing disk. The light from the light emitting diode is re ﬂ ected by a reflector used in the bore of the shaft as a parallel beam of light in order to pass through the dividing disk to the photodiodes. The indexing disk is located within the circumference of the shaft and is surrounded and supported on its outer circumference by the shaft. The diameter of the indexing disk and thus the centrifugal forces acting on the indexing disk are therefore significantly reduced, so that the rotary encoder can be operated at higher speeds. However, the photodiodes must be individually adjusted when mounting the encoder to ensure a concentric arrangement with respect to the light-emitting diode and a coaxial arrangement with respect to the shaft. The assembly and adjustment are therefore complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehgeber, der nach dem Durchlicht-Abtastprinzip arbeitet und sich auch für hohe Drehzahlen eignet, so zu verbessern, dass Montage und Aufbau des Drehgebers vereinfacht sind.The invention has for its object a rotary encoder works on the transmitted light scanning principle and also for suitable for high speeds, so that assembly and improvement Structure of the encoder are simplified.

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 Lichtsender und die Teilscheibe konzentrisch in die Welle einzusetzen. Dadurch ergeben sich nicht nur geringe auf die Teilscheibe wirkende Zentrifugalkräfte und eine Abstützung der Teilscheibe an ihrem Außenumfang durch die Welle, so dass der Drehgeber mit höheren Drehzahlen betrieben werden kann, bevor Zen trifugalkräfte auftreten, die zu einer Beschädigung der Teil scheibe führen können. Der Geber kann problemlos bis zu Dreh zahlen von etwa 100.000 Umdrehungen pro Minute eingesetzt werden.The basic idea of the invention is the light transmitter and insert the indexing disk concentrically into the shaft. This means that there is not only little on the indexing disc acting centrifugal forces and a support for the index plate on its outer circumference through the shaft so that the encoder can run at higher speeds before Zen Trifugal forces occur which damage the part can lead disc. The encoder can easily turn numbers of about 100,000 revolutions per minute become.

Insbesondere ist durch die Anordnung des Lichtsenders in der Bohrung der Welle eine erhebliche Vereinfachung der Montage möglich. Die den Abtastempfänger bildenden Fotodioden müssen nicht mehr gegenseitig und in Bezug auf den Lichtsender kon zentrisch justiert werden. Die Fotodioden können in einem monolithischen Array ausgebildet sein, welches axial fluchtend der Stirnfläche der Welle gegenüber angeordnet wird. Bei der Montage des Drehgebers ist es nur noch erforderlich, das mono lithische Array der Fotodioden insgesamt koaxial zu der Welle zu justieren. Die Justage und Montage wird dadurch einfacher und zuverlässiger.In particular, the arrangement of the light transmitter in the Drilling the shaft greatly simplifies assembly possible. The photodiodes forming the scanning receiver must no longer mutually and in relation to the light transmitter con be adjusted centrally. The photodiodes can be in one be formed monolithic array, which is axially aligned the end face of the shaft is arranged opposite. In the It is only necessary to mount the encoder, the mono lithic array of the photodiodes overall coaxial to the shaft to adjust. This makes adjustment and assembly easier and more reliable.

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 measure.

Das freie Ende der Welle 10 sitzt mittels eines Radialkugel lagers 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 rotatably supported in a housing 20 by means of a radial ball bearing 18 . The housing 20 is in a manner not shown, known per se via a coupling rotatably but radially and axially elastically yielding, z. 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 Sensorelemene 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 measure 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 with the shaft 10 disc 16 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

1. Encoder, which works according to the transmitted light scanning principle, with a rotating shaft that has a bore leading coaxially into its end face, with a rotationally fixed concentric disc inserted into the bore, with a light transmitter and with an axially in front of the end face Shaft-mounted scanning receiver, characterized in that the light transmitter ( 12 , 14 ) is inserted centrally in the bore of the shaft ( 10 ) and rotates with the shaft ( 10 ).

2. Encoder according to claim 1, characterized in that the light transmitter has a light source ( 12 ) and a collimator lens ( 14 ) inserted centrally in the bore in front of the light source.

3. Encoder according to claim 1 or 2, characterized in that the light transmitter ( 12 , 14 ) is electrically fed by a generator which enclose the shaft ( 10 ) de stator coil ( 24 ) and one with the shaft ( 10 ) rotate de rotor coil ( 26 ).

4. Encoder according to claim 1 or 2, characterized in that the light transmitter ( 12 , 14 ) is fed electrically via sliding contacts.