DE2339874C3 - Photoelektrischer Abtastkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen photoelektrischen Abtastkopf für einen inkrementalen Winkelstellungsgeber, enthaltend ein Paar von Abtastvorrichtungen mit je einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Empfänger, durch die der Rand einer drehbaren Scheibe, der ein Muster mit geraden radialen lichtdurchlässigen Bereichen aufweist, abtastbar ist, und bei dem die Abtastvorrichtungen radial und in peripherer Richtung gegeneinander so versetzt sind, daß die eine Abtastvorrichtung zur Abtastung ües radial inneren Teils der Bereiche und die andere Abtastvorrichtung zur Abtastung des radial äußeren Teils der Bereiche angeordnet ist und bei Vorbeilaufen des Musters an den Abtastvorrichtungen von diesen zwei phasenverschobene Impulsfolgen erzeugt werden.

Bei einer bekannten photoelektrischen Abtasteinrichtung (DT-Gbm 17 63 978) wird eine mit radialen Schlitzen versehene Scheibe durch insgesamt vier Phototransistoren abgetastet, die in peripherer Richtung nebeneinander angeordnet sind, so daß sie bei Vorbeilaufen der radialen Schlitze gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen liefern. Die Phototransistoren bilden Teile zweier bistabiler Multivibratoren, die in einer Richtungsdiskriminatorschaltung so zusammen-

Bei inkrementalen Winkelstellungsgebern wird jedem Winkelinkrement ein Impuls zugeordnet und die Stellung der Scheibe durch die Summe der von der Nullstellung an gezählten und aufsummierten Impulse angezeigt. Dabei erfolgt die Einstellung der Scheibe im allgemeinen in Form eines Einschwingungsvorganges. Es ist daher die Richtungsdiskriminatorschaltung erforderlich, die bei einer Änderung der Bewegungsrichtung der Scheibe eine Umkehrung der Zählrichtung bewirkt.

Die von den verschiedenen photoelektrischen Empfängern erzeugten Impulsfolgen müssen um einen bestimmten Bruchteil einer durch den Abstand benachbarter Schlitze bestimmten vollen Periode gegeneinander phasenverschoben sein. Wenn die aufeinanderfolgenden Impulse jeweils von einem Schlitz erzeugt werden, der nacheinander an den verschiedenen photoelektrischen Empfängern vorbeiläuft, dann müssen die photoelektrischen Empfänger innerhalb eines Schlitzabstandes in peripherer Richtung nebeneinander angeordnet sein. Da die photoelektrischen Empfänger endliche Abmessungen haben, bedingt das einen relativ großen Abstand der Schlitze voneinander, was wiederum die Auflösung des inkrementalen Winkelstellungsgebers beeinträchtigt. Es werden aus diesem Grunde bei der bekannten Abtasteinrichtung die photoelektrischen Empfänger um einen Betrag gegeneinander winkelversetzt, der der gewünschten Phasenverschiebung plus einem ganzzahligen Vielfachen eines vollen Schlitzabstandes entspricht. Dabei werden die einander zugeordneten, gegeneinander winkelversetzten Impulse jeweils von verschiedenen Schlitzen hervorgerufen. Es läßt sich auch bei hoher Präzision der Fertigung nicht vermeiden, daß die Scheibe eine gewisse Taumelbewegung gegenüber dem Abtastkopf ausführt. Diese führt zu Phasenverschiebungen der Impulse, und da die beiden Impulsfolgen an verschiedenen Stellen des Scheibenumfanges abgegriffen werden, können diese durch die Taumelbewegungen hervorgerufenen Phasenverschiebungen für die verschiedenen Impulsfolgen unterschiedlich sein. Das kann zu falschen Zählimpulsen am Ausgang der Richtungsdiskriminatorschaltung führen.

Bei der bekannten Anordnung sind die nebeneinander angeordneten photoelektrischen Empfänger auch in radialer Richtung gegeneinander versetzt, ohne daß dies jedoch einen Einfluß auf den Raumbedarf in peripherer Richtung hätte.

Es ist durch die DT-OS 19 15 478 weiterhin eine photoelektrische Abtastvorrichtung bekannt, die ein mit parallelen Schlitzen versehenes bewegliches Teil berührungslos abtastet und ein sich mit dessen Bewegung stetig änderndes Ausgangssignal liefert. Zu diesem Zweck sind die Schlitze (Maßstabstriche) an dem Teil sägezahnartig zur Bewegungsrichtung des Teils geneigt angeordnet, und es sind vier photoelektrische Empfänger in einer sich quer zur Bewegungsrichtung des Teils erstreckenden Reihe hinter einem Primärspalt im Bereich dieser Schlitze angeordnet. Auf der anderen Seite des abzutastenden Teils ist eine Lichtquelle vorgesehen, die durch jeweils einen der Schlitze hindurch in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Teils einen oder zwei der photoelektrischen Empfänger mehr oder weniger stark belichtet. Die Intensität der Lichtquelle ist sinusförmig moduliert. Die jeweils be-

lichteten Empfänger liefern mit mehr oder weniger großer Amplitude, je nach der Stellung des Schlitzes zu dem Empfänger, ein sinusförmig moduliertes .Signal. Die Signale der vier Empfänger werden durch unterschiedliche elektrische Phasenschieber (Verzögerungsleitungen) nicht bzw. um 90°, 180° und 270° phasenverschoben. Die so phasenverschobenen Signale werden dann überlagert. Es entsteht durch diese Überlagerung ein einziges sinusförmiges Ausgangssignal, dessen Phase sich stetig mit der Lage des Schlitzes und damit des Teils ändert und das mit einer die Lichtquelle modulierenden sinusförmigen Referenzspannung phasenempfindlich demoduliert wird. Dadurch ergibt sich eine Gleichspannung, die stetig von der Lage des abgetasteten Teils abhängt.

Bei dieser bekannten Anordnung geht es nicht darum, durch in Bewegungsrichtung gegeneinander räumlich versetzte Abtastvorrichtungen zwei gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen für die Richtungsdiskriminierung zu erhalten. Vielmehr hat dort die Neigung zwischen den Maßstabstrichen und dem Primärspalt den Sinn, eine Interpolation der Stellung zu ermöglichen. Die Phasenverschiebungen der Empfängersignale werden mittels Verzögerungsleitungen erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abtastkopf der eingangs definierten Art so auszubilden, daß auch bei geringem Abstand der Schlitze beide Impulsfolgen an im wesentlichen der gleichen Stelle des Umfangs der Scheibe abgegriffen werden, um einen Einfluß von Taumelbewegungen der Scheibe auf die Phasenbeziehung der Impulsfolgen zu vermeiden, und daß diese Phasenbeziehungen leicht justierbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden einem einzigen Bereich zugeordneten Abstastvorrichtungen an einem gemeinsamen, um einen zwischen den Abtastvorrichtungen liegenden Schwenkpunkt verdrehbaren und feststellbaren Träger angebracht sind.

Auf diese Weise wird ein zugeordnetes Paar von um eine Viertelperiode gegeneinander winkelversetzten Impulsen durch jeweils einen lichtdurchlässigen Bereich, z. B. einen Schlitz, der Scheibe erzeugt, so daß sich eine Taumelbewegung der Scheibe nicht auf die relative Phasenbeziehung der Impulse zueinander auswirken kann. Die beiden Abtastvorrichtungen sind in bezug auf die Scheibe radial gegeneinander versetzt, so daß ihre endlichen Abmessungen einem nur sehr geringen winkelmäßigen Versatz nicht entgegenstehen. Dieser winkelmäßige Versatz, bezogen auf die Achse der Scheibe, kann durch eine Verdrehung des Trägers um den zwischen den Abtastvorrichtungen liegenden Punkt bequem hervorgerufen und einjustiert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren im einzelnen erläutert und beschrieben.

F i g. 1 zeigi den Abtastkopf in seiner Nullstellung in bezug auf eine Schlitzscheibe;

F i g. 2 zeigt eine der beiden Winkelstellungen des Abtastkopfes nach F i g. 1;

F i g. 3 zeigt einige Ansichten des Abtastkopfes nach Fig. 1. 6.S

Wie sich aus den Figuren ergibt, besteht der Abtastkopf aus jeweils zwei auf einem Anschlußteil 10 angeordneten Lichtquellen 7, denen gegenüber auf einem entsprechend ausgebildeten Anschlußteil Photoemp-Tänger 8 angeordnet sind. Zur Vermeidung von Streulicht befindet sich vor jeder Lichtquelle 7 eine Blende 9. An einem gemeinsamen Träger 3 sind die Anschlußteile 10 mittels einer Justierschraube 4 lösbar befestigt. Man erkennt, daß zwischen den Lichtquellen 7 und den Photoempfängern 8 ein Abstand besteht, in den eine Scheibe 5 mit ihrem Rand hineinragt, die an ihrem Umfang mit regelmäßig ausgebildeten und in konstanten Winkelabständen angeordneten lichtdurchlässigen Bereichen 6 in Form von Schlitzen versehen ist. Die gesamte Anordnung ist so getroffen, daß die beiden von je einer Lichtquelle 7 und einem Photoempfänger 8 gebildeten Abtastvorrichtungen jeweils nur einem Schlitz 6 am Rand der Schlitzscheibe 5 zugeordnet sind. Dabei ist die in bezug auf den Träger 3 in radialer Richtung außenliegende Abtastvorrichtung dem in bezug auf die Schlitzscheibe 5 in radialer Richtung innenliegenden Teil des Schlitzes 6 zugeordnet, während die in bezug auf den Träger 3 in radialer Richtung innenliegende Abtastvorrichtung dem in bezug auf die Schlitzscheibe 5 in radialer Richtung außenliegenden Teil des Schlitzes 6 zugeordnet ist. Dabei befinden sich in F i g. 1 die Abtastvorrichtungen beide in einer Stellung, die symmetrisch zu dem Radius der Schlitzscheibe 5 ist.

In der in F i g. 1 gezeigten Stellung des Trägers 3 befinden sich die Abtastvorrichtungen 7, 8 in einer solchen Lage, daß bei einer Drehung der Schlitzscheibe 5 die Schlitze 6 nacheinander in das Gesichtsfeld der beiden Abtastvorrichtungen eintreten, und zwar in der Weise, daß die Schlitze gleichzeitig das Gesichtsfeld vor den beiden Photoempfängern freigeben. Daher besteht in dieser Stellung der Fassung 3 zwischen den beiden Impulsfolgen, die am Ausgang der Abtastvorrichtungen durch die Drehung der Scheibe 5 verursacht werden, keine Phasendifferenz. Um die Abtastvorrichtung in die hier gezeichnete Nullstellung genau einbringen zu können, ist die Justierschraube 4 vorgesehen.

Wie sich besonders aus F i g. 2 ergibt, ist der Träger 3 zu beiden Seiten der Anschlußteile 10 mit kreisbogenförmig verlaufenden Stellschlitzen 2 versehen, entlang derer der Träger 3 bei gelösten Feststellschrauben 1 beweglich ist. Diese Bewegung kann in beiden Richtungen erfolgen und stellt eine Verschwenkung auf einer Kreisbahn um einen Mittelpunkt dar, der zwischen den beiden Abtastvorrichtungen an den Anschlußteilen 10 liegt. Auf diese Weise ist — wie aus F i g. 2 klar erkennbar ist — durch eine einfache Schwenkbewegung der Fassung 3 nach Justierung der Anschlußteile 10 bzw. der Abtastvorrichtungen in bezug auf die Schlitze 6 der Schlitzscheibe 5 zu erreichen, daß die beiden Abtastvorrichtungen in eine unsymmetrische Lage in bezug auf den Schlitz 6 gebracht sind. Diese Unsymmetrie wirkt sich dahingehend aus, daß bei einer Verdrehung der Schlitzscheibe 5 nach rechts in F i g. 2 der Schlitz 6 mit seinem oberen Teil in das Gesichtsfeld der in bezug auf den Träger in radialer Richtung außenliegenden Abtastvorrichtungen zuerst eintritt und erst später in das Gesichtsfeld der in bezug auf den Träger in radialer Richtung innenliegenden Abtastvorrichtung. Der Schwenkwinkel des Trägers 3 kann dabei so gewählt werden, daß die Impulsfolgen, die bei einer Drehung der Scheibe 5 am Ausgang der Abtastvorrichtungen erzeugt werden, gerade die gewünschte Phasendifferenz von 90° besitzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: geschaltet sind, daß je nach der Drehrichtung der Scheibe Ausgangsimpulse an einem oder dem anderen Ausgang der Richtungsdiskriminatorschaltung auftre-

1. Photoelektrischer Abtastkopf für einen inkrementalen Winkelstellungsgeber, enthaltend ein Paar von Abtastvorrichtungen mit je einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Empfänger, durch die der Rand einer drehbaren Scheibe, der ein Muster mit geraden radialen lichtdurchlässigen Bereichen aufweist, abtastbar ist, und bei dem die Abtastvorrichtungen radial und in peripherer Richtung gegeneinander so versetzt sind, daß die eine Abtastvorrichtung zur Abtastung des radial inneren Teils der Bereiche und die andere Abtastvorrichtung zur Abtastung des radial äußeren Teils der Bereiche angeordnet ist und bei Vorbeilaufen des Musters an den Abstastvorrichtungen von diesen zwei phasenverschobene Impulsfolgen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einem einzigen Bereich zugeordneten Abtastvorrichtungen (7, 8) an einem gemeinsamen, um einen zwischen den Abtaslvorrichtungen liegenden Schwenkpunkt verdrehbaren und feststellbaren Träger (3) angebracht sind.

2. Photoelektrischer Abtastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtungen (7, 8) an Anschlußteilen (10) angebracht sind, die zur Einstellung der Abtastvorrichtungen in radialer Richtung in bezug auf die Scheibe (5) mit einer Justierschraube (4) an dem Träger (3) befestigt sind.

3. Photoelektrischer Abtastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) neben den Anschlußteilen (10) mit in bezug auf den Schwenkpunkt kreisbcgenförmig verlaufenden Stellschlitzen (2) versehen und darir, mittels Feststellschrauben (1) feststellbar ist.