DE19947529A1 - Inkrementelle Codiervorrichtung mit einer Druckknopffunktion - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine inkrementelle Codiervorrichtung mit einer Druckknopffunktion. DOLLAR A Die Vorrichtung umfaßt einen Bedienknopf (1), der drehbar um eine Achse X an der Frontplatte (3) eines Schaltkastens (4) gelagert ist, eine fest mit dem Bedienknopf (1) verbundene Welle (13) mit der Achse X und eine an der Welle (13) angebrachte Abdeckung (20), deren Umfangseinfassung (22) Ausnehmungen (40) gegenüber dem Bedienknopf (1) aufweist. Zwei optische Gabeln (42, 43) sind übergreifend auf der Durchlaufbahn der besagten Ausnehmungen (40) angeordnet und winklig so versetzt, daß um +-·pi·/2 entsprechend der Drehrichtung des Bedienknopfes phasenverschobene elektrische Signale geliefert werden. Die Analogsignale werden durch Verarbeitungsmittel ausgewertet. Die Baueinheit aus Bedienknopf (1), Welle (13) und Abdeckung (20) ist axial verschiebbar, damit die beiden Gabeln (42, 43) freigelegt werden können. DOLLAR A Diese Situation wird durch die Verarbeitungsmittel erkannt. DOLLAR A Rückstellfedern (36, 37) wirken auf Eindrückstößel (33, 34) entgegen dem manuell auf den Bedienknopf (1) ausgeübten Druck ein.

Description

Die Erfindung betrifft eine inkrementelle optische Codiervorrichtung, umfassend einen Bedienknopf, der drehbar um eine Achse X an der Frontplatte eines Schaltkastens gelagert ist, eine fest mit dem besag­ ten Bedienknopf verbundene Welle, eine an der besag­ ten Welle angebrachte Abdeckung, die eine mit der Drehachse des Bedienknopfes koaxiale Umfangseinfas­ sung aufweist, in die Ausnehmungen abwechselnd mit lichtundurchlässigen Teilen eingearbeitet sind, zwei optische Gabeln, die übergreifend auf der Durchlauf­ bahn der besagten Ausnehmungen angeordnet und winklig so versetzt sind, daß um ± π/2 entsprechend der Dreh­ richtung des Bedienknopfes phasenverschobene elektri­ sche Signale geliefert werden, Mittel zur Verarbei­ tung der besagten elektrischen Signale, um den Drehwinkel und die Drehrichtung des besagten Bedien­ knopfes in Erfahrung zu bringen, und Mittel zur Dreh­ vorpositionierung des besagten Bedienknopfes.

Die inkrementellen optischen Codierer ersetzen in zu­ nehmendem Maße die elektromechanischen Codierer, da sie zuverlässiger und kostengünstiger sind.

Bei zahlreichen Anwendungen besteht außerdem die An­ forderung, daß der Bediendrehknopf des Codierers eine Druckknopffunktion erfüllen kann.

Die derzeitigen inkrementellen optischen Codiervor­ richtungen mit Druckknopffunktion umfassen eine me­ chanische Stapelung zwischen dem Druckknopf und der Abdeckung, wobei letztere in einer gleichen Ebene senkrecht zur Drehachse positioniert bleibt, was ei­ nen erheblichen Bauraumbedarf der Vorrichtung zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und eine optische Codiervor­ richtung der vorgenannten Art vorzuschlagen, die eine platzsparende und kostengünstige Druckknopffunktion umfaßt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß sich die Umfangseinfassung zum Bedienknopf hin erstreckt, daß der Bedienknopf außerdem an der Frontplatte so gelagert ist, daß er sich in einer Richtung parallel zu seiner Drehachse gleitend verschieben kann, um die gleichzeitige Freilegung der zwei optischen Gabeln durch Verschiebung der Abdeckung unter der Einwirkung eines manuellen Drucks zu ermöglichen, der entgegen elastischen Rückstellkräften auf den Bedienknopf aus­ geübt wird, und daß die Verarbeitungsmittel die Er­ fassung der gleichzeitig freigelegten Position der zwei Gabeln ermöglichen.

Die Druckknopffunktion wird daher durch die Mittel zur Verarbeitung der elektrischen Signale erkannt. Die einzigen mechanischen Elemente, die für diese neue Funktion verwendet werden, sind die Mittel zur Ausübung der elastischen Rückstellkräfte, wobei der zusätzliche Raumbedarf auf den für die Verschiebung der Abdeckung erforderlichen Raum begrenzt ist.

Vorteilhafterweise werden die elastischen Rückstell­ kräfte durch die Mittel zur Drehvorpositionierung des Bedienknopfes ausgeübt. Diese Vorpositionierungsmit­ tel umfassen beispielsweise federbeaufschlagte Ein­ drückstößel.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, die als Bei­ spiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen angeführt wird. Darin zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Schnittansicht entlang einer Ebene, die durch die Drehachse eines inkrementellen opti­ schen Codierers mit der Druckknopffunktion gemäß der Erfindung verläuft;

Fig. 2 eine Seitenteilansicht des Codierers von Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Abdeckung, in der die Position der optischen Gabeln dargestellt ist;

Fig. 4 eine Grafik zur Darstellung der durch die optischen Gabeln gelieferten Analogsignale und der aufbereiteten Signale in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Bedienknopfes nach einer Ausführungsart.

Die Zeichnungen zeigen einen Bedienknopf 1, der dreh­ bar um eine Achse X in einer Öffnung 2 gelagert ist, die in die Frontplatte 3 eines elektronischen Schalt­ kastens 4 eingearbeitet ist. Dieser Schaltkasten 4 umfaßt außerdem ein Gehäuse 5, das in Verbindung mit der Frontplatte 3 eine Aufnahme 6 begrenzt, in die eine elektronische Karte 7 eingesetzt ist, die in ei­ ner zur Ebene der Frontplatte 3 im wesentlichen pa­ rallelen Ebene angeordnet ist.

Der Bedienknopf 1 umfaßt eine ringförmige Muffe 10 mit der Achse X, die einen Durchmesser besitzt, der etwas kleiner als der Durchmesser der Öffnung 2 ist, und die an ihrem inneren Ende in einem Flansch 11 en­ det, der sich nach außen erstreckt und der an der In­ nenfläche 12 der Frontplatte 3 zur Anlage kommt, um zu verhindern, daß der Bedienknopf 1 aus dem Schalt­ kasten 4 austreten kann.

Der Bedienknopf 1 ist außerdem fest mit einer An­ triebswelle 13 mit der Achse X verbunden, die mit Spiel durch die elektronische Karte 7 hindurchgeht, wobei letztere dazu eine Öffnung 14 aufweist.

Am Ende 15 der Antriebswelle 13 ist eine aus einem lichtundurchlässigen Material ausgeführte Abdeckung 20 mit der Achse X angebracht.

Diese Abdeckung 20 umfaßt eine mittige Muffe 21 für ihre Anbringung am Ende 15 der Antriebswelle 13 und eine Umfangseinfassung 22 mit der Achse X, die sich auf der Rückseite der elektronischen Karte 7 zur Frontplatte 3 hin erstreckt. Die Wand 23, die die mittige Muffe 21 mit der Umfangseinfassung 22 verbin­ det, ist so gestaltet, daß sie gegenüber dem Gehäuse 5 eine ringförmige Nut 23 mit der Achse X aufweist.

Das Gehäuse 5 weist auf seiner Innenfläche 30 und ge­ genüber der Nut 23 wenigstens zwei zylindrische Hohl­ schäfte 31, 32 auf, in deren Aufnahmen Eindrückstößel 33, 34 gelagert sind, die durch Federn 36, 37 zum Bo­ den 35 der Nut 23 beaufschlagt werden. Der Boden 35 der Nut 23 umfaßt in abwechselnder Folge eine Mehr­ zahl von Rippen und Nuten, die im Zusammenwirken mit den Eindrückstößeln 33, 34 die Drehvorpositionierung des Bedienknopfes 1 herbeiführen.

Die Höhe der zylindrischen Hohlschäfte 31 und 32 ist so berechnet, daß sich bei Ausübung eines manuellen Drucks auf den Bedienknopf 1 entgegen der durch die Federn 36, 37 ausgeübten Kraft die durch den Bedien­ knopf 1, die Antriebswelle 13 und die Abdeckung 20 gebildete Baueinheit parallel zur Achse X zum Gehäuse 5 hin verschiebt. Der Abstand zwischen der elektroni­ schen Karte 7 und dem Flansch 11 des Bedienknopfes 1 ist ebenfalls so berechnet, daß diese Verschiebung ermöglicht wird. Wenn kein Druck auf den Bedienknopf 1 ausgeübt wird, schieben die Federn 36, 37 die Bau­ einheit zur Frontplatte 3 zurück, so daß der Flansch 11 an der Innenfläche 12 der Frontplatte 3 zur Anlage kommt.

Die Abdeckung 20 umfaßt am Rand ihrer Umfangseinfas­ sung 22 gegenüber der elektronischen Karte 7 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 40, die sich mit lichtun­ durchlässigen Teilen 41 abwechseln und Einschnitte mit einem in etwa quadratischen Querschnitt bilden.

Zwei an der elektronischen Karte 7 angebrachte opti­ sche Gabeln 42, 43 sind übergreifend auf der mit der Achse X ausgeführten kreisförmigen Durchlaufbahn der Ausnehmungen 40 angebracht. Jede optische Gabel um­ faßt eine Infrarotlicht abstrahlende Diode 44 in Ver­ bindung mit einem Phototransistor 45 und wird durch ein Kollimationsteil 46 ergänzt, das die Breite des zum Phototransistor 45 abgestrahlten Lichtbündels ka­ libriert.

Bei der Drehung des Bedienknopfes 1 um die Achse X werden die Lichtbündel durch die Ausnehmungen 40 und die lichtundurchlässigen Teile 41 nacheinander frei­ gelegt und abgedeckt.

Idealerweise ist die Breite der Ausnehmungen 40 in etwa gleich der Breite der Lichtbündel sowie gleich der Breite der lichtundurchlässigen Teile 41.

Die beiden optischen Gabeln 42, 43 sind im Verhältnis zur Achse X winklig versetzt, so daß die durch die zwei Phototransistoren 45 gelieferten elektrischen Signale um ± π/2 entsprechend der Drehrichtung des Be­ dienknopfes 1 versetzt sind. Das bedeutet, daß, wenn einer der Phototransistoren den gesamten gebündelten Lichtstrom erhält, der andere nur die Hälfte dieses Lichtstroms empfängt.

Die elektrischen Signale S1, S2 an den Anschlüssen der Phototransistoren weisen eine in etwa rechteckige Form auf. Bei der Durchführung durch eine auf der elektronischen Karte 7 angebrachten elektronische Kippschaltung ergeben sich zwei Rechtecksignale S3, S4, die weiterhin um ± π/2 phasenverschoben sind.

Diese beiden aufbereiteten Signale S3, S4 erzeugen eine Zweibit-Codierung. Diese beiden Bits werden an einen auf der elektronischen Karte 7 angebrachten Mi­ kroprozessor übertragen, um den Winkel und die Dreh­ richtung zu bestimmen.

Bei der Drehung des Bedienknopfes 1 laufen die aufbe­ reiteten Signale S3, S4 je nach Drehrichtung entweder in der Reihenfolge 00, 10, 11, 01, 00 oder in der Reihenfolge 00, 01, 11, 10, 00 ab. Wenn während des Zustands 11 die Analogsignale S1 und S2 beobachtet werden, ist festzustellen, daß eines der Signale von V zu V/2 abnimmt, während das andere von V/2 zu V an­ steigt, wobei V für die maximale Spannung steht. Die beiden Signale S1 und S2 können sich bestenfalls gleichzeitig auf 3/4V befinden.

Wenn hingegen der Bedienknopf 1 gedrückt wird, ent­ fernt sich die Abdeckung von der elektronischen Karte 7, wobei die beiden optischen Gabeln 42 und 43 gleichzeitig freigelegt werden.

Diese Freilegung erfolgt durch den Mikroprozessor.

Die durch die Abdeckung 20 zugelassene axiale Ver­ schiebung ist so berechnet, daß die gleichzeitige Freilegung der beiden optischen Gabeln 42 und 43 er­ möglicht wird.

Unabhängig vom Zustand 0 oder 1 der aufbereiteten Sig­ nale S3 und S4 kann man sich damit begnügen, die Analogsignale S1 und S2 abzutasten, entweder indem die Pegel jedes Signals S1, S2 gemessen werden oder indem die Summe S1 und S2 gemessen wird.

Durch eine bewußte Unterdimensionierung des inkremen­ tellen optischen Codierers ist es möglich, zwei Ana­ logsignale S1 und S2 zu erzeugen, die sich beispiels­ weise zwischen 0 und V/2 verändern. Dazu werden die Kollimatoren 46 und die Ausnehmungen 40 der Abdeckung 20 so ausgelegt, daß nur die Hälfte des Lichtstroms durchgelassen werden. Wenn in diesem Fall der Bedien­ knopf 1 gedrückt wird, löst sich die Abdeckung 20 und läßt das gesamte Licht der beiden Lichtbündel hin­ durch, wobei die Analogsignale S1 und S2 gleichzeitig auf den Wert V ansteigen.

Text zu den Figuren

Fig. 4
SIGNAUX ANALOGIQUES: ANALOGSIGNALE SIGNAUX MIS EN FORME: AUFBEREITETE SIGNALE

Claims (4)

1. Inkrementelle optische Codiervorrichtung, umfas­ send einen Bedienknopf (1), der drehbar um eine Achse X an der Frontplatte (3) eines Schaltkastens (4) ge­ lagert ist, eine fest mit dem besagten Bedienknopf (1) verbundene Welle (13), eine an der besagten Welle (13) angebrachte Abdeckung (20), die eine mit der Drehachse X koaxiale Umfangseinfassung (22) aufweist, in die Ausnehmungen (40) abwechselnd mit lichtun­ durchlässigen Teilen (41) eingearbeitet sind, zwei optische Gabeln (42, 43), die übergreifend auf der Durchlaufbahn der besagten Ausnehmungen (40) angeord­ net und winklig so versetzt sind, daß um ± π/2 ent­ sprechend der Drehrichtung des besagten Bedienknopfes (1) phasenverschobene elektrische Signale (S1, S2) geliefert werden, Mittel (7) zur Verarbeitung der be­ sagten elektrischen Signale, um den Drehwinkel und die Drehrichtung des besagten Bedienknopfes (1) in Erfahrung zu bringen, und Mittel zur Drehvorpositio­ nierung des besagten Bedienknopfes, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umfangseinfassung (22) zum Bedienknopf (1) hin erstreckt, daß der besagte Bedienknopf (1) außerdem an der Frontplatte so gelagert ist, daß er sich in einer Richtung parallel zu seiner Drehachse (X) glei­ tend verschieben kann, um die gleichzeitige Freile­ gung der zwei optischen Gabeln (42, 43) durch Ver­ schiebung der Abdeckung (20) unter der Einwirkung eines manuellen Drucks zu ermöglichen, der entgegen elastischen Rückstellkräften auf den besagten Bedien­ knopf (1) ausgeübt wird, und daß die Verarbeitungs­ mittel die Erfassung der gleichzeitig freigelegten Position der zwei Gabeln (42, 43) ermöglichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elastischen Rück­ stellkräfte durch die Vorpositionierungsmittel ausge­ übt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorpositionierungs­ mittel durch Federn (36, 37) beaufschlagte Eindrück­ stößel (33, 34) umfassen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel und die Gabeln (42, 43) auf einer im Gehäuse (4) angeordneten elektronischen Karte (7) angebracht sind und daß die fest mit dem Bedienknopf (1) verbundene Welle (13) durch die besagte Karte (7) hindurchgeht.