DE19947529B4

DE19947529B4 - Inkrementelle Codiervorrichtung mit einer Druckknopffunktion

Info

Publication number: DE19947529B4
Application number: DE1999147529
Authority: DE
Inventors: Rémi Le Toumelin
Original assignee: Valeo Electronique SA
Current assignee: Valeo Electronique SA
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-02
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2019-10-03
Also published as: FR2785385B1; FR2785385A1; DE19947529A1

Abstract

Inkrementelle optische Codiervorrichtung, mit einem 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), eine an der Welle (13) angebrachte Abdeckung (20), die eine mit der Drehachse X koaxiale Umfangseinfassung (22) aufweist, in die Ausnehmungen (40) abwechselnd mit lichtundurchlässigen Teilen (41) eingearbeitet sind, zwei optische Gabeln (42, 43), die übergreifend auf der Durchlaufbahn der Ausnehmungen (40) angeordnet und winklig so versetzt sind, dass um ± π/2 entsprechend der Drehrichtung des Bedienknopfes (1) phasenverschobene elektrische Signale (S1, S2) geliefert werden, Mittel zur Verarbeitung der elektrischen Signale (S1, S2), um den Drehwinkel und die Drehrichtung des besagten Bedienknopfes (1) in Erfahrung zu bringen, und Mittel zur Drehvorpositionierung des Bedienknopfes (1), wobei sich die Umfangseinfassung (22) zum Bedienknopf (1) hin erstreckt, und der Bedienknopf (1) außerdem an der Frontplatte (3) so gelagert ist, dass er sich...

Description

Die Erfindung betrifft eine inkrementelle optische Codiervorrichtung, mit einem Bedienknopf, der drehbar um eine Achse X an der Frontplatte eines Schaltkastens gelagert ist, eine fest mit dem Bedienknopf verbundene Welle, eine an der Welle angebrachte Abdeckung, die eine mit der Drehachse des Bedienknopfes koaxiale Umfangseinfassung aufweist, in die Ausnehmungen abwechselnd mit lichtundurchlässigen Teilen eingearbeitet sind, zwei optische Gabeln, die übergreifend auf der Durchlaufbahn der Ausnehmungen angeordnet und winklig so versetzt sind, dass um ± π/2 entsprechend der Drehrichtung des Bedienknopfes phasenverschobene elektrische Signale geliefert werden, Mittel zur Verarbeitung der elektrischen Signale, um den Drehwinkel und die Drehrichtung des Bedienknopfes in Erfahrung zu bringen, und Mittel zur Drehvorpositionierung des Bedienknopfes.
Aus der DE 28 13 148 C2 eine optische Codiereinrichtung bekannt, mit einem knappenartigen Codierrad, dessen zylindrischer Rand von einer Vielzahl achsparalleler Schlitze durchsetzt ist, ferner mit einer mit der Mitte des Knappenteiles des Codierrades sowie mit einer Lichtquellenanordnung und zwei dieser über den zylindrischen Rand des Codierrades hinweg gegenüberstehenden, gegeneinander umfangsmäßig versetzten Lichtdetektoren.
Aus der DE 36 05 088 C2 ist eine Bedieneinrichtung mit einem Drehknopf zur Auswahl verschiedener Betriebszustände durch Auslösen einer Überhubfunktion und zur Steuerung dieser verschiedenen Betriebszustände durch Verdrehen bekannt, dessen Abweichung der Winkellage von einer Null-Lage in einem Betriebszustand eine erste Steuergröße liefert und dessen Winkelgeschwindigkeit und – richtung im anderen Betriebszustand eine zweite Steuergröße liefert.
Die inkrementellen optischen Codierer ersetzen in zunehmendem Maße die elektromechanischen Codierer, da sie zuverlässiger und kostengünstiger sind.
Bei zahlreichen Anwendungen besteht außerdem die Anforderung, dass der Bediendrehknopf des Codierers eine Druckknopffunktion erfüllen kann.
Die derzeitigen inkrementellen optischen Codiervorrichtungen mit Druckknopffunktion umfassen eine mechanische Stapelung zwischen dem Druckknopf und der Abdeckung, wobei letztere in einer gleichen Ebene senkrecht zur Drehachse positioniert bleibt, was einen erheblichen Bauraumbedarf der Vorrichtung zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und eine optische Codiervorrichtung 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 ausgeübt wird, und dass die Verarbeitungsmittel die Erfassung 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 Rückstellkräfte durch die Mittel zur Drehvorpositionierung des Bedienknopfes ausgeübt. Diese Vorpositionierungsmittel umfassen beispielsweise federbeaufschlagte Eindrückstößel.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, die als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt wird. Darin zeigen im einzelnen:
1 eine Schnittansicht entlang einer Ebene, die durch die Drehachse eines inkrementellen optischen Codierers mit der Druckknopffunktion gemäß der Erfindung verläuft;
2 eine Seitenteilansicht des Codierers von 1;
3 eine Vorderansicht der Abdeckung, in der die Position der optischen Gabeln dargestellt ist;
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 drehbar um eine Achse X in einer Öffnung 2 gelagert ist, die in die Frontplatte 3 eines elektronischen Schaltkastens 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 einer zur Ebene der Frontplatte 3 im wesentlichen parallelen 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 endet, der sich nach außen erstreckt und der an der Innenfläche 12 der Frontplatte 3 zur Anlage kommt, um zu verhindern, dass der Bedienknopf 1 aus dem Schaltkasten 4 austreten kann.
Der Bedienknopf 1 ist außerdem fest mit einer Antriebswelle 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 verbindet, 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 gegenüber der Nut 23 wenigstens zwei zylindrische Hohlschäfte 31, 32 auf, in deren Aufnahmen Eindrückstößel 33, 34 gelagert sind, die durch Federn 36, 37 zum Boden 35 der Nut 23 beaufschlagt werden. Der Boden 35 der Nut 23 umfasst in abwechselnder Folge eine Mehrzahl 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 Bedienknopf 1, die Antriebswelle 13 und die Abdeckung 20 gebildete Baueinheit parallel zur Achse X zum Gehäuse 5 hin verschiebt. Der Abstand zwischen der elektronischen 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 Baueinheit 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 Umfangseinfassung 22 gegenüber der elektronischen Karte 7 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 40, die sich mit lichtundurchlässigen Teilen 41 abwechseln und Einschnitte mit einem in etwa quadratischen Querschnitt bilden.
Zwei an der elektronischen Karte 7 angebrachte optische Gabeln 42, 43 sind übergreifend auf der mit der Achse X ausgeführten kreisförmigen Durchlaufbahn der Ausnehmungen 40 angebracht. Jede optische Gabel umfasst eine Infrarotlicht abstrahlende Diode 44 in Verbindung mit einem Phototransistor 45 und wird durch ein Kollimationsteil 46 ergänzt, das die Breite des zum Phototransistor 45 abgestrahlten Lichtbündels kalibriert.
Bei der Drehung des Bedienknopfes 1 um die Achse X werden die Lichtbündel durch die Ausnehmungen 40 und die lichtundurchlässigen Teile 41 nacheinander freigelegt 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 Bedienknopfes 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 Mikroprozessor übertragen, um den Winkel und die Drehrichtung zu bestimmen.
Bei der Drehung des Bedienknopfes 1 laufen die aufbereiteten 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 ansteigt, wobei V für die maximale Spannung steht. Die beiden Signale S1 und S2 können sich bestenfalls gleichzeitig auf 3/4 V befinden.
Wenn hingegen der Bedienknopf 1 gedrückt wird, entfernt 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 Verschiebung ist so berechnet, dass die gleichzeitige Freilegung der beiden optischen Gabeln 42 und 43 ermöglicht wird.
Unabhängig vom Zustand 0 oder 1 der aufbereiteten Signale 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 inkrementellen optischen Codierers ist es möglich, zwei Analogsignale S1 und S2 zu erzeugen, die sich beispielsweise 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 Bedienknopf 1 gedrückt wird, löst sich die Abdeckung 20 und lässt das gesamte Licht der beiden Lichtbündel hindurch, wobei die Analogsignale S1 und S2 gleichzeitig auf den Wert V ansteigen.

Claims

Inkrementelle optische Codiervorrichtung, mit einem 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), eine an der Welle (13) angebrachte Abdeckung (20), die eine mit der Drehachse X koaxiale Umfangseinfassung (22) aufweist, in die Ausnehmungen (40) abwechselnd mit lichtundurchlässigen Teilen (41) eingearbeitet sind, zwei optische Gabeln (42, 43), die übergreifend auf der Durchlaufbahn der Ausnehmungen (40) angeordnet und winklig so versetzt sind, dass um ± π/2 entsprechend der Drehrichtung des Bedienknopfes (1) phasenverschobene elektrische Signale (S1, S2) geliefert werden, Mittel zur Verarbeitung der elektrischen Signale (S1, S2), um den Drehwinkel und die Drehrichtung des besagten Bedienknopfes (1) in Erfahrung zu bringen, und Mittel zur Drehvorpositionierung des Bedienknopfes (1), wobei sich die Umfangseinfassung (22) zum Bedienknopf (1) hin erstreckt, und der Bedienknopf (1) außerdem an der Frontplatte (3) so gelagert ist, dass er sich in einer Richtung parallel zu seiner Drehachse (X) gleitend verschieben kann, um die gleichzeitige Freilegung der zwei optischen Gabeln (42, 43) durch Verschiebung der Abdeckung (20) unter der Einwirkung eines manuellen Drucks zu ermöglichen, der entgegen elastischen Rückstellkräften auf den Bedienknopf (1) ausgeübt wird, und wobei die Verarbeitungsmittel die Erfassung der gleichzeitig freigelegten Position der zwei Gabeln (42, 43) ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Rückstellkräfte durch Vorpositionierungsmittel ausgeübt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorpositionierungsmittel durch Federn (36, 37) beaufschlagte Eindrückstössel (33, 34) umfassen.
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 Karte (7) hindurchgeht.