DE2654678C3

DE2654678C3 - Fotoelektrischer Stellungsgeber für Schrittmotoren

Info

Publication number: DE2654678C3
Application number: DE19762654678
Authority: DE
Inventors: Valerij Fjodorovitsch Gumen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-02
Filing date: 1976-12-02
Publication date: 1980-01-31
Also published as: DE2654678A1; DE2654678B2

Description

Die Erfindung bezieht sieb auf p>nen fotoelektrischen Stellungsgeber Vür Schrittmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I Ein •iolch'*'" fotoelektrischer Stellungsgeber für Schrittmotoren ist aus der DE-OS 22 14 593 bekannt Dort sind /wolf Fotozellen (7 bis 18) im Abstand von jeweils 30° auf einem Kreis angeordnet, wobei der Spiegel als dreiseitige Pyramide ausgebildet ist, deren jeweils um 120 versetzte Flächen (25, 26. 27) mit der Drehachse einen Winkel von 45' bilden, und wobei zwölf Fotozellen vorgesehen sind, von denen die ersten sechs jeweils um 20' voneinander versetzt au^f dem Kreis in einem ersten Segment zwischen 0 und 100° und die weiteren sechs jeweils um 20° voneinander versetzt auf dem gleichen Kreis in einem zweiten Segment zwischen 130 und 230" angeordnet sind.

Die Größe der von diesem fotoelektrischen Geber ausgelösten Schritte ist der Zahl von Flächen der Spiegelpyramiden direkt proportional. Bei diesem Geberaufbau führt die F.rhöhung der Geberauflösung zur Vergrößerung der Abmessungen der Spiegelpyramide und folglich /u höherem Trägheitsmoment für die Belastung der Schnttmotorwelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem fotoelektrischen Stellungsgeber für Schrittmotoren der eingangs genannten Art durch mehrfache Ausnutzung des Lichtstrahlenbündels, das von einer Spiegelpyramide mit geringem Trägheitsmoment für die Belastung der Schrittmotorwelle reflektiert wird, eine Erhöhung des Auflösungsvermögens dieses fotoelektrischen Gebers bei gleichbleibendem geringen Trägheitsmoment zu »chaffen.

Diese Aufgäbe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Maßnahmen gelöst

Zweckmäßig ist ziwischcn den dem Lichtempfängef zugewandten Enden der Lichtleiter und dem Lichtempfinger ein Kondensor angeordnet.

Es ist zwar bekannt (DE-OS 23 17 502) bei einem Polradlagegebef einen Kondensor zur Lichtbündelung

im Strahlengang einer Lichtquelle sowie (DE-OS 24 40 455) Lichtleiter innerhalb eines Lichtübertragungssystems zu verwenden, wobei ebenfalls die Enden der Lichtleiter dem Lichtempfänger zugewandt sind, jedoch sind die erwähnten baulichen Maßnahmen in Verbindung mit mit bezug auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 gattungsfremden Einrichtungen "erwendet.

Mit der Erfindung ist auf einfache Weise eine Vervielfachung der erfaßbaren Motorstellungen erzielbar.

Der erfindungsgemäß ausgeführte Stellungsgeber für Schrittmotoren weist ein hohes Auflösungsvermögen aei geringen Abmessungen und kleinen Trägheitsmoment auf, das durch die an der Schrittmotorwelle befestigte Spiegelpyramide erzeugt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß im Geber eine Spiegelpyramide mit kleiner Flächenzahl benutzt wird. Eine derartige Pyramide hat kleine Abmessungen und besitzt ein kleines Trägheitsmoment Dabei kann die Erhöhung der Geberaufiösung nicht durch Vergrößerung der Flächenzahl der Spiegelpyramide, sondern durch entsprechende Konstruktionselemente des Gebers, und zwar des vielflächigen Spiegelreflektors und der Lichtleiter erreicht werden, die im Gehäuse angeordnet sind und kein zusätzliches Trägheitsmoment an der Schrittmotorwelle erzeugen.

Die vorgeschlagene Geberkonstruktion gibt die Möglichkeit, das Prinzip der Mehrfachausnutzung gleicher Konstruktionselemente des Gebers bei einer Schrittmotorumdrehung zu verwirklichen.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung ihrer konkreten Ausführungsvarianten und anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

F ig. 1 den am Gehäuse eines Schrittmotors befestigten fotoelektrischen Stellungsgeber für Schrittmotoren gemäß der Erfindung (Seitenair.itht. teilweiser Langs schnitt des Gebergehauses und der h.f egelrefleKtorfla chen. Längsschnitt der Lichtquelle);

Fig. 2 den fotoelektrischen Geber (Draufsith teilweiser Querschnitt des Gebergehäuses und der Spiegelreflektorflächen), gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Leiste mit dann befestigtem Lichtleiter, Kondensor und ! ^htempfänger fur den fotoi-lektrischen Geber gemäß der Erfindung (teilweiser Längsschnitt);

F ι g 4 elektrischen Blockschaltbild des vorgeschlage nen fotoelektnschen Gebers mit der Einrichtung /ur Umwandlung der von seinen Lichtempfängern aufge nommenen elektrischen Signalen, gemäß der Erfindung.

Der vorgeschlagene fotoelektrische Steilungsgeber für Schrittmotoren enthält ein Gehäuse 1 (Fig. 1). das am Schnttmotorgehäuse 2 befestigt ist (in der Zeichnung ist auch die Schrittmotorwelle 3 gezeigt). Im Gehäuse 1 befindet sich eine Lichtquelle 4, die aus einer Glühlampe 5 und einer Sammellinse 6 zur Formung des Lichtbündels 7 besteht. Im Verlauf des Lichtbündels 7 liegt eine Spiegelpyramide 8. die mn iler Schrittmotor welle 3 fest verbunden ist

Im Verlauf des von den Flächen der Spiegelpyfämide 8 reflektierten Lichtbündels 7 ist ein vielflächiger Spiegelfefleklöf 9 angeordnet, der bei der betreffenden Geberväriante aus einer Gruppe einzelner Spiegelplat· ten 10 besteht, die als Flächen des Reflektors 9 dienen, jede Spiegelplatte 10 (F i g, 2) ist im Gehäuse 1 mit Hilfe Von Einstellschrauben 11 befestigt

Der fötoelekirische Geber enthält auch eine Gruppe von Lichtleitern 12, die bei diesef AüSführuhEsvafiantc

Faser-Licht-Leiter darstellen, deren Anzahl aus dem Verhältnis der Schrittzahl pro Schrittmotorumdrehung zum Produkt der Flächenzahl der Spiegelpyramide 8 und der Flächenzahl des Spiegelreflektors 9, d. h. der Anzahl der Spiegelplatten 10 bestimmt wird. Die Lichtleiter 12 sind im Gehäuse 1 mittels einer aus dielektrischem Werkstoff hergestellten Leiste 13 befestigt, wobei die einen Enden der Lichtleiter 12 dem von einer entsprechenden Fläche (der Platte 10) des Spiegelreflektors 9 reflektierten Lichtbündel 7 (Fig. I) zugewandt sind. In die Leiste 13 ist auch ein Lichtempfänger 14 eingebaut, der in der betreffenden Ausführungsvariante auf der Basis einer Fotodiode aufgebaut ist und in der unmittelbaren Nähe von den anderen Enden der Lichtleiter 12 liegt.

Um die Empfindlichkeit des fotoelektrischen Stellungsgebers in der Drehrichtung der Schnttmotorwelle 3 zu gewährleisten, ist in den fotoelektrischen Stellungsgeber eine zweite Lichtquelle 15 eingebaut, die aus einer Glühlampe ib und einer Sammellinse 1? besteht. Die letztere formt das Lichtbündel Ib und wirft es auf die Spiegelpyramide 8. Im Strahlengang des von den Flächen der Spiegelpyramide 8 reflektierten Liebt bündeis 18 ist ein vielflächiger Spiegelreflektor 19 angeordnet, der ähnlich dem Spiegelreflektor 9 ausgeführt ist. Die im Gehäuse 1 mittels der Schrauben 21 befestigten Spiegelplatten 20 (F i g. 2) des Reflektors 19 sind in bezug auf die Spiegelplatten 10 des Reflektors 9 um ein Viertel eines Schrittes des Schrittmotors verschoben.

Im Strahlengang des Lichtbündels 18 (F i g 1). das von den Spiegelplatten 20 (Fig. 2) des Reflektors 19 reflektiert wird, sind Lichtleiter 22 angeordnet, deren Zahl der Anzahl der Lichtleiter 12 entspricht. Die Lichtleiter 22 sind im Gehäuse 1 mit einer Leiste 23 befestigt, in die auch ein Lichtempfanger 24 (F ig 1) eingebaut ist. der ebenso wie der Lichtempfänger 14 angeordnet ist.

Der fotofiektnsche Stellung^eber für Schrittmotoren kann auch in einer zweiten, ähnlichen Variante ausgeführt sein

Ihr Unterschied besteht dann, daß das Lichtbündel 7. das aus den zum Licntempfänger 14 gerichteten Enden der Lichtleiter 12 heraustritt, zu diesem Lichtempfänger 14 durch einen Kondensor gelang;, der bei dieser Variante des Gebers eine im Raum zwischen den erwähnten F.nden der Lichtleiter 12 und dem Lich;emp fänger 14 eingebaute Sammellinse 25 (F ι g. 3) darstellt In der betreffenden Austuhrungsvanante ist die Linse 25 in der Leiste 13 zusammen mit dem Lichtempfänger 14 mit Hilfe einer Hülse 26 befestigt.

Beim Betrieb des fotoelektrischen Stellungsgebers ist der Lichtempfänger 14. an dessen Ausgang ein annähernd sinusförmiges Signal erzeugt wird, an einen Rechteckmipulsformer 27 (Fig. 4 angeschlossen. Hier bei entsteht am Ausgang 28 des Impulsformers 27 eine Rechteckimpulsfolge, die der Anzahl der ausgeführten Schrittbewegungen des Schrittmotors entspricht.

Bei der Ermittlung der Drehnchtung der Schnttmo torwelie 3 (F ι gi 1) durch den fotoelektrischen Stellungsgeber ist der Lichtempfanger 24 bei Betriebszustand ebenfalls an den Rechteckimpulsformer 29 (Fig.4) angeschlossen. Der letztere ist an den Eingang eines phasenempfindlichen Wandlers 30 geschaltet, an dessen anderem Eingang der Ausgang 28 des Wandlers 27 liegt Hierbei entsteht am Ausgang 31 des phasenempfindlichen Wandlers 30 eine Spannung, deren Polarität sichje nach der Drehrichtung der Schrittmotorwelle 3 (F i g. 1) ändert.

ίο Die Glühlampen 5 und 16 der Lichtquellen 4 bzw. 15 sind beim Betrieb des fotoelektrischen Stellungsgebers an die Speisequelle 32 (F i g. 4) angeschlossen.

Der vorgeschlagene fotoelektrische Stellungsgeber für Schrittmotoren funktioniert wie folgt

'· Der Lichtstrom der Glühlampe 5 (F i g. 1) wird durch die Sammellinse 6 der Lichtquelle 4 zu einem Lichtbündel 7 geformt und auf die Spiegelpyramide 8 geworfen, ue an der Schrittmotorwelle 3 befestigt ist. Je nach der Winkellage der Pyramide .^; gelangt das von

2(i dieser Pyramide reflektierte Lichibunc^l 7 zu einer entsprechenden Spiegelplatte des vielflächigen Spiegelreflektors 9. Das von dieser Platte reflektierte Lief -bündel 7 beleuchtet einen entsprechenden Lichtleiter 12, <·obeider Lichtempfänger 14 anspricht.

« Bei der Drehung der Welle 3 urn einen Schritt fällt das von der Pyramide 8 und ihren Spiegelplatten 10 reflektierte Lichtbündel 7 auf den benachbarten in der Drehnchtung liegenden Lichtleiter 12 und wird vom Lichtempfänger 14 aufgenommen, der an den Rechteckig impulsformer 27 (Fig.4) die Information von der erfolgten Schrittbewegung im Sch-ittmotor in Form eines Fotostromimpulses liefert.

Bei der Drehung der Welle i (Fig. 1) um eine Schnttzahl. die der Anzahl der Lichtleiter 12 entspricht

i'i wird das Lichtbundel 7 auf die in der Drehnchtung benachbarte Spiegelplatte 10 geworfen Wenn sich die We¹Ie 3 um eine Schr'.tzahl dreht, die dem Produkt der Anzahl von Lichtleitern 12 und der Flächenzahl des Spiegelreflektors 9 (der Anzahl der Spiegelplatten 10)

«> en.jpricht. wird das Lichtbündel 7 auf die nächste ir. der Drehrichtung liegende Fläche der Spiegelpv'amide 8 gerichtet.

Da«. Produkt der Flächen/ahl der Spiegeipyramide 8 und der Flächenzahl des Spiegelreflektors 9 sowe der

4'· An/ah! der Lichtleiter 12 entspricht der Zah! von fixierbaren Schritten der Welle 3 pro eine Schrittmotor Umdrehung. Hierbei werden die gleichen Konstruk tionselemente des vorgeschlagenen fotoelektrischen Stellungsgebers für die Gewinnung der Information

in über erfolgte Schrir.e mehrfach ausgenutzt. Dadurch wird ein kompakter Aufbau des Gebers bei hoher Aufl-jungsvermögen möglich

Zur Bestimmung der Drehnchi jng der Scn-ittmotor welle 3 wird vorr. Lichtempfänger 24 cn e'eKtnscfces Signal abgenommen, das in bezug au' das Signa¹ des Lichtempfänger' 14 verschoben ist. Hierbei ist de^r Weg des Lichtbundelf 18 bis zum Lichtempianger 24 ähnli.T. dem Verlauf des Lrchtbundels 7 bis /um Lichtempfange··

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fotoelektrischer Stellungsgeber für Schrittmotoren, bestehend aus einer innerhalb eines Gehäuses angeordneten Lichtquelle, einer im Strahlengang der Lichtquelle liegenden und an der Schrittmotorwelle befestigten Spiegelpyramide und einem das von den Flächen der Spiegelpyramide reflektierte Lichtbündel empfangenden Lichtempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses im Strahlengang des jeweils von einer Fläche der Spiegelpyramide (8) reflektierten Lichtbündels (7) ein vielflächiger Spiegelreflektor (9) angeordnet ist, daß das von dem Spiegelreflektoi (9) reflektierte Lichtbündel (7) auf die einen Enden von Lichtleitern (12) leitbar ist, deren Anzahl durch das Verhältnis der Schrittzahl pro Schrittmotorumdrehung zum Produkt der Flächenzahlen der Spiegelpyramide (8) und des Spicgelreflektors (9) bestimmt ist, und daß die änderen Enden der Lichtleiter (12) dem Lichtempfänger (14) zugewandt sind.

2. Fotoelektrisch Stellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den dem Lichtempfänger (14) zugewandten Enden der Lichtleiter (12) und dem Lichtempfänger (14) ein Kondensor angeordnet ist.