DE20102192U1 - Winkelgeber - Google Patents

Winkelgeber

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Claims (31)

1. Optoelektronische Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage und/oder Drehzahl eines Objekts mit mindestens einem Sender und mindestens zwei Empfängern, einem auf das Objekt aufgebrachten Reflektor, bestehend aus einer Reflexionsfolie mit einem vorgeordneten Polarisationsfilter (11), da­ durch gekennzeichnet, dass für die Erfassung von Winkelbereichen kleiner als 90° dem Sender (2) ein Polarisationsfilter nachgeordnet und den Emp­ fängern (5, 6) Polarisationsfilter (7, 8) vorgeordnet sein können, und wobei für die Erfassung eines Winkelbereiches größer 90°, das vom Reflektor re­ flektierte Empfangslicht (4) in den Empfängern Signale erzeugt, deren Summe Us konstant ist und die paarweise Differenzspannung Udn, bzw. die Quotienten Qn aus den Differenzsignalen Udn und der Summenspan­ nung Us zur Bestimmung der Winkellage und/oder Drehzahl des Objektes dient.
2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangslicht (4) durch einen Strahlteiler auf die beiden Empfän­ ger (5, 6) gleichmäßig aufgeteilt wird und die den Empfängern (5, 6) vorge­ schalteten Polarisationsfilter (7, 8) um ca. 900 gegeneinander gedreht und zum polarisierten Sendelicht (3) um ca. 45° gedreht sind, wobei der Sender durch eine Sendediode mit vorgeschaltetem Polarisationsfilter, bzw. durch einen Laser gebildet wird.
3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Strahlteiler durch eine zweiseitige Spiegelplatte (20) gebildet wird, die in der optischen Achse hinter dem Sender (2) angeordnet ist und das durch die Empfangsoptik (18) fokusierte Empfangslicht (4) auf die Empfänger (5, 6) lenkt. .
4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Leiterplatte (21) zur Aufnahme der Empfänger (5, 6) und der Auswerteeinheit (14) als Halterung für die Spiegelplatte (20) dient und in der optischen Achse des Senders (2) angeordnet ist.
5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeich­ net, dass der Strahlteiler durch zwei Prismen gebildet wird, die in der Emp­ fangsoptik (18) integriert sind und das Empfangslicht (4) von einer Optik­ hälfte auf jeweils einen Empfänger (5, 6) lenken.
6. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeich­ net, dass aus der Differenz Ud der Signale der Empfänger (5, 6) der Win­ kelmesswert abgeleitet wird, wobei der nutzbare Messbereich w1 von ca. +/-20° durch den linearen Verlauf von Ud innerhalb des Bereiches mit Us < s1 definiert wird.
7. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeich­ net, dass zur pegelunabhängigen Absolutwinkelbestimmung der Quotient Q aus dem Differenzsignal Ud und dem Summensignal Us gebildet wird, wobei der nutzbare Messbereich w2 von ca. +/-40° mit Hilfe des Schwell­ wertes s2 und der Summenspannung Us definiert wird.
8. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeich­ net, dass der Nulldurchgang des Differenzsignales Ud bei Us < s1 dazu ge­ nutzt wird halbe Umdrehungen des Reflektors (9) zu zählen.
9. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenrichtung des Differenzsignales Ud zur Zählrichtungserken­ nung genützt wird.
10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8-9, dadurch gekennzeich­ net, dass die Drehzahl des Reflektors (9) ermittelt wird, indem die Zähler­ gebnisse auf eine Zeitbasis der Auswerteeinheit (14) bezogen werden.
11. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangslicht (4) durch eine Sende-Empfangsoptik (22), deren Rückseite durch vier Prismenflächen gebildet wird, auf mindestens zwei Empfänger (5, 6) mit vorgeschalteten Polarisationsfilter (7, 8) gleichmäßig aufgeteilt wird und das Licht von mindestens einem Sender (23) auf den Reflektor (26) lenkt.
12. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass drei Empfänger (5, 6, 24) mit, um 120° gegeneinander gedrehten, vor­ geschalteten Polarisationsfiltern (7, 8, 25) hinter der Sende-Empfangsoptik (22) angeordnet sind und durch Auswertung der drei Empfangssignale und deren Summe ein Winkelbereich von 180° erfasst werden kann.
13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11-12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Reflektor (26) aus zwei Halbkreisscheiben besteht, die sich in der Reflektivität um einen Faktor von ca. 1,5 . . . 2,5 unterscheiden, wodurch der Winkelbereich 0°-180° von dem Winkelbereich 180°-360° mit Hilfe der Summenspannung Us und dem Schwellwert s2 unterschieden werden kann.
14. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwei, alternierend geschaltete Sender (2, 2'), die durch Laser oder Sendedioden mit vorgeschalteten Polarisationsfiltern gebildet werden, die Empfangssignale durch zwei Empfänger (5, 6) mit vorgeschalteten und um 90° zueinander und um 45° zu den Sendern (2, 2') gedrehten Polarisati­ onsrichtungen gewonnen werden und der Winkelmesswert mit Hilfe der vier Empfangssignale Ue1 bis Ue2 und deren Summenspannung Us ermit­ telt wird.
15. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Reflektor (9) von einer reflektierenden Halbkreis­ scheibe (27) umgeben wird, die durch einen Zusatztaster (28) abgetastet und daraus die Unterscheidung der 180°-Winkelbereiche abgeleitet wird.
16. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass drei Sender (23, 23', 23"), mit um 120° gedrehter Polarisation auf drei um 120° versetzten Positionen des Reflektors (26) gerichtet sind und zwei Empfänger (5, 6) mit vorgeschalteten, um 90° zueinander gedrehten, Pola­ risationsfiltern (7, 8) angeordnet sind und aus dem Empfangssignalverlauf die Absolutwinkelposition ermittelt wird.
17. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkel- und/oder Drehzahlmessung von sich drehenden Teilen eingesetzt wird, deren Lage lateral und radial zur Drehachse so stark variieren, bzw. vibrieren, dass eine mechanische An­ kopplung nicht möglich ist.
18. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkel- und/oder Drehzahlmessung von sich drehenden Teilen eingesetzt wird, bei denen die Wellenenden durch andere Teile verdeckt sind und nur eine mitdrehende Scheibe exzent­ risch angetastet werden kann.
19. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkel- und/oder Drehzahlmessung von sich drehenden Teilen eingesetzt wird, die zeitweise durch andere Tei­ le, z. B. die Speichen eines vorgelagerten Rades, verdeckt werden, wobei die Verweildauer der Abdeckung kurz gegenüber der Messfolgezeit ist.
20. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkel- und/oder Drehzahlmessung von sich drehenden Teilen eingesetzt wird, die hinter einem Gitter liegen, das für Teile des Sendelichtes (3) durchlässig ist.
21. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkel- und/oder Drehzahlmessung von sich drehenden Teilen eingesetzt wird, die hinter einer Transparenten Scheibe und in einem transparenten Medium, wie z. B. Gas oder Flüssigkeit betrieben werden.
22. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkel- und/oder Drehzahlmessung von sich drehenden Teilen eingesetzt wird, die über einen Umlenkspiegel angetastet werden, weil z. B. am freien Wellenende kein Platz für die di­ rekte Anbringung eines Gebers ist.
23. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkel- und/oder Drehzahlmessung von mehreren sich drehenden Teilen eingesetzt wird, wobei der Sendelicht­ strahl (3) durch eine Scanvorrichtung, z. B. einen Schwingspiegel, abgelenkt wird und mehrere Wellenenden, die nebeneinander liegen oder exzentrisch sich umschließen, abtastet.
24. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkelmessung von Teilen einge­ setzt wird, die eine laterale Bewegung ausführen und dabei die Winkellage überwacht, bzw. geregelt werden soll, wie z. B. eine Schraubenbewegung oder ein Fügevorgang bei einem Bajonettverschluß.
25. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkelmessung von Teilen einge­ setzt wird, die bedingt durch ihre Form kein Wellenende aufweisen, wie z. B. eine elastische Form oder ein Kugelgelenk.
26. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Winkelmessung von Teilen einge­ setzt wird, die unter Hochspannung stehen und nur über eine ausreichende Luftstrecke optisch antastbar sind.
27. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) als Handmessgerät zur Winkel, Drehzahl und Torsionsschwingungsmessung eingesetzt wird.
28. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) in der Kombination von Reflexlicht­ schranke und Winkelgeber eingesetzt wird, z. B. bei einer Personenein­ gangsanlage mit Schwenkbügel, dessen Winkelstellung überwacht und der Durchgang z. B. bezüglich Passieren oder Unterkriechen kontrolliert werden soll.
29. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) als Sicherheitsreflexlichtschranke einge­ setzt wird, wobei sich der Reflektor ständig dreht oder eine definierte Win­ kelstellung einnimmt.
30. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) rotierende Teile einer Maschine antastet und einen Maschinenstop auslöst, wenn nicht eine mechanische Schutzvor­ richtung vor Erreichen einer gefahrbringenden Drehzahl den Sendestrahl unterbricht.
31. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorrichtung (1) in der Kombination eines Distanzsensors nach dem Phasenmessprinzip und Winkel-Drehzahlgeber eingesetzt wird.
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