DE2713579A1 - Analog-digital-wandler - Google Patents

Description

Islef + Hagen A/S 24. März 1977

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Analog-Digital-Wandler

Die Erfindung betrifft einen A-D-Wandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs. Solche Wandler sind als Winkelstellungsgeber bekannt. Solche Wandler geben einen ablesbaren Ausgangskode ab, der die Drehstellung einer Welle anzeigt. Die Anzahl verschiedener Kodes bei einer Drehung der Eingangswelle um 360⁰ bestimmt die Auflösung des Wandlers; man kann die Auflösung auch durch ihren Reziprokwert bezeichnen, der in diesem Falle der Winkel für einen ßinheitsschritt ist. Das Ablesen der entsprechenden Scheiben kann in verschiedener Weise geschehen und es können verschiedene Kodes verwendet v/erden. Zum Ablesen der Kodes kann man sowohl fotoelektrische Detektoren, pneumatische Einrichtungen, Bürsten und dgl. vorsehen, die entsprechende unterschiedliche Eigenschaften auf entsprechenden-konzentrischek Spuren auf den Scheiben erkennen können, wie z.B. Farbunterschiede schwarz/weiß, leitend/nicht leitend, Loch oder kein Loch usw. Liest man den gesamten Kode ab, dann erhält man eine digitale Anzeige der analogen Drehstellung.

Bekannte Wandler der angesprochenen Gattung können nur zur Anzeige innerhalb eines Drehbereichs von 360⁰ verwendet werden, wenn man bei Anzeige von über 360⁰ Drehstellungen nicht außerordentlich komplizierte und me-

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chanisch aufwendige Einrichtungen verwenden will. Es ist vorgeschlagen worden, bei einem Drehstellungsanzeiger für η χ j56o° eine Kodierscheibe zu verwenden, die eine hohe Auflösung hat, und sie mit der Eingangswelle mittels eines Getriebes im Verhältnis l:n anzuschließen. Dadurch dreht sich die Dekoderseheibe selbst nur um maximal 360 .

Die US-PS 3 487 46o beschreibt einen ähnlichen Wandler, der zwei Kodierscheiben aufweist, die durch ein Getriebe verbunden sind. Wenn ein Drehbereich von η χ ^6ο° stellungsmäßig angezeigt werden soll, verwendet der ganze Wandler ein Übersetzungsverhältnis von l:n. Als Ausgang wird ein Kode verwendet, der für die Stellungen der beiden Kodierscheiben charakteristisch ist. Man erhält also eine einheitliche Kodierung.

Ein besonderer Nachteil der vorbekannten Anordnung liegt in der Tatsache, daß die Unsicherheit der Bewegung mit der Differenz der Zahnzahlen der beiden Zahnräder steigt und damit mit dem übersetzungsverhältnis. Insbesondere dann, wenn man die Drehstellung in sehr kleinen Schritten anzeigen will, ist es erforderlich, das Getriebe mit höchster Präzision herzustellen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die sich langsamer drehende Kodierscheibe in Grenzfällen keine saubere Anzeige gestattet.

Die Erfindung löst die sich aus der obigen Darstellung ergebende Aufgabe mit den im Patentanspruch insgesamt beschriebenen Mitteln.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in Ansicht auf die Kodierscheibenj und

Fig. 2 eine Ansicht gemäß der Richtung A-A in Fig.

Die Zeichnung zeigt die Eingangswelle 5 mit darauf festsitzendem Zahnrad I und mit dieser fest verbundener Kodierscheibe 1. Das Zahnrad I kämmt mit dem Zahnrad II, auf welchem ebenfalls eine Kodierscheibe 2 angeordnet ist. Das Abtastungsorgan 3,4 kann z.B. fotoelektrisch, pneumatisch oder mit Bürsten arbeiten und tastet drei Spuren auf jeder Kodierscheibe ab. Diese sind derartig zueinander angeordnet, und die Markierungen der Spuren sind so ausgeführt, daß eine Drehung der Eingangswelle 5 eine Änderung des Ausgangskodes hervorruft. In dem Ausführungsbeispiel hat dfe Kodierscheibe 1 sechs Elementarschritte mit unterschiedlichen Ausgangskodes für eine ganze Umdrehung (36o°), d.h. 6o° pro Elementarschritt. Die Kodierscheibe 2 hat acht Elementarschritte über 360⁰. Die Zahnräder I und II sind so in Eingriff miteinander, daß die Kodierscheiben 1 und 2 wechselweise eine Änderung von 1/2 Elementarschritt bei einer Drehung von 1/12 von 36o^Q, d.h. bei 3o° der Eingangswelle anzeigen, wobei die Abtastung auf beiden Kodierscheiben stattfindet. Dadurch wird eine Verdoppelung des Auflösungsvermögens erreicht.

In der Zeichnung ist gezeigt, daß der Sektor al auf der Kodierscheibe 1 zusammen mit dem Sektor bl auf der Kodierscheibe 2 abgetastet wird. Denkt man sich die Eingangswelle 5 und damit die Kodierscheibe 1 um 360⁰ im Uhrzeigersinn gedreht, dann wird dabei die Kodierscheibe 2 zwölfmal 1/2 Elementarschritt gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wodurch der gesamte Ausgangskode dann

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aus al und b2 besteht. Bei einer Umdrehung der Eingangswelle 5 gegen den Uhrzeigersinn wird entsprechend der Ausgangskode aus al und b3 bestehen, der wieder anders ist. Man sieht, daß der Winkelpositionsgeber in dieser Ausführungsform im Stande ist, eindeutig maximal vier Umdrehungen der Eingangswelle mit einem Auflösungsvermögen von 3o° anzuzeigen. Das Übersetzungsverhältnis dabei ist 3:4. Der dargestellte Binärkode läßt sich leicht mit bekannten Mitteln umsetzen, der dann in einem Dezimal-Kode Anzeigeinstrument verwendet werden kann.

Ein weiteres Beispiel: Man denke sich, daß es notwendig sei, eine analoge Winkeldrehung in einem Bereich von n=64 in einen Kode umzusetzen. Dazu werden 14 Bit in dem Ausgangskode vorausgesetzt, d.h. sieben Spuren auf Jeder Kodierscheibe. Es ist allgemein bekannt, daß wenn das übersetzungsverhältnis einer Zahnradübersetzung ein reduzierter, reiner Bruch p:n ist, das kleinste Rad η Umdrehungen machen muß, bevor genau dieselbe gegenseitige Stellung wiederkommt. Mit n= 64 kann ρ erfindungsgemäß zu 63 gewählt werden. Mit sieben Bit pro Scheibe erhält die Kodierscheibe des größeren Zahnrades 128 Elementarschritte und die Kodierscheibe des kleineren Zahnrads erhält 128.63/64 = 126 Elementarschritte. Durch Justierung des Eingriffs der Zahnräder wird erreicht, daß die Eingangswelle 2.126 = 256 diskrete Stellungen in 64 eindeutig angegebenen Umdrehungen einnehmen kann, wodurch die Anzahl verschiedener Ausgangskodes 16128 wird. Das übersetzungsverhältnis von 63:64 liegt nahe an 1:1, wodurch die Anforderungen an die Herstellungsgenauigkeit der Zahnräder stark verringert ist, gegenüber dem Wert von 1:64 nach dem Stand der Technik.

Selbstverständlich fallen glatte mechanische Äquivalente

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unter die Erfindung wie z.B. Ersatz der Kodierscheiben durch Kodiertrommeln (ebenfalls mit Lesespuren). Die Zahnradübersetzung kann auch einen Zahnriemen oder eine Zahnstange umfassen; Dabei kann die Zahnstange entweder als Übersetzungsgetriebe zwischen zwei Zahnrädern wirken oder als Eingangsorgan zum Messen von Stellungen der linear bewegten Zahnstange.

Patentanspruch

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Claims (1)

1. Patentanwalt 2 / I «J 3 '

   MICHAEL KORN

   Dipl. Ing.

   Islef + Hagen A/S I 12 P 1 + GmH

   DK-2600 Glostrup 24. März 1977

   Patentanspruch

   Analog-Digital-Wandler mit im wesentlichen gleichzeitigem Abtasten von Kodierscheiben, die miteinander und mit einem Eingangsorgan durch eine Zahnradübersetzung verbunden sind, wobei -Ä*« die Scheiben die Stellung des Eingangsorgans in einem Ausgangskode darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zahnanzahlen eines ersten (I) und eines zweiten (II) Zahnrades gleich dem Verhältnis der Anzahl der Elementarschritte auf den den Zahnrädern zugeordneten Kodierscheiben (1,2) ist und wesentlich näher bei 1:1 als bei l:n liegt, wobei η die Anzahl der Umdrehungen des ersten Zahnrades (I) vor Wiederholung des Ausgangskodes ist, und daß die Änderung des Ausgangskodes bei Änderung der Stellung des Eingangsorganes stets abwechselnd auf der einen Kodierscheibe (1) und dann auf der zweiten Kodierscheibe (2) erfolgt.

   709840/0977

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   ORIGINAL INSPECTED