DE2726090A1

DE2726090A1 - Stroboskopisch arbeitender winkelkodierer

Info

Publication number: DE2726090A1
Application number: DE19772726090
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Wernicke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2726090C3; DE2726090B2

Description

Stroboskopisch arbeitender Winkelkodierer
Die Erfindung bezieht sich auf einen Winkelkodierer, der die anlage Winkelstellung einer im Vollkreisbereich von 00 bis 360° anschlagsfrei drehbaren mechanischen Welle mißt und in Form eines elektrischen digitalen Datenwertes ausgibt.
Es ist bekannt, daß für diese Rufgabe optische Winkelkodierscheiben mit photoelektrischer Licht schranken-Ahtastung gebräuchlich sind. Insbesondere sind mehrspurige Absolutkodierscheiben üblich, bei denen jede Spur einer Binärstelle des Ausgangsdatenortes entspricht. Nachteilig ist dabei die hohe erforderliche Präzisiss, indem die Winkelkodierscheibe und die Vielfach-Lichtschrankenanordnung mit Uinkelfehlern von ueniflcr als einem Aufl lösungsschritt gefertigt und angeordnet sein müssen Es ist auch bekannt, daG Schrittmotore mit hoher Schrittanzahl je Umdrehung infolge des zahnradähnlichen, rotationssymetrischen Aufbaues von Stator und Rotor mit geringem Aufwand Winkeleinstellungen mit der feinen Winkelauflösung des Einzelschrittes gestattcn. Es ist weiterhin bekannt, daß durch elektronische Zählung der Stellschritte eines Schrittmotors dessen momentane Stellung ermittelt werden kann. Schließlich ist belannt , daß Sci-ri tt-.-motore bei dauerndem ununterborchenen Umlauf mit höherer Schrittfrequenz betrieben werden können (Synchronbetrieb) als im Intervallbetrieb mit Stellpausen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demnach darin, daß in einem Winkelkodierer anstelle einer Absolutkodierscheibe und deren photoelektrischer Auslesung ein Schrittmotor mit hoher Schrittanzahl je Umdrehung angewendet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß auf der Eingangswelle eine Schlitzblendenscheibe (Eingangsblende) angeordnet ist, daß auf der Zelle eines mit der Eingangswelle koaxialen, dauernd umlaufenden Schrittmotors eine zweite Schlitzblendenscheibe (Motorblende) angeordnet ist, und daß die Stellung der Eingangsuelle nach stroboskopischem Prinzip in der Weise gemessen wird, daß die durch elektrische Motorschrittzählung ermittelte Stellung der Motorblende in dem - photoelektrisch durch beide Schlitzblenden passierendes Licht bestimmten - Zeitpunkt der Winkelksinzidenz von Eingangswelle und Motorwelle ausgelesen wird.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Zählung der Motorschritte an einer Nullreferenz gestützt wird, indem eine dritte, gehäusefeste Schlitzblendenseheibe mit einem Nullmarkenschlitz (Nullmarkenblende) und einer Lichtschranke zur photoelektrischen Beobachtung der Winelkoinzidenz zwischen Motorblende und Nullrnarkenblende, d.h. zur Beobachtung der Nulldurchgänge der Motorblende, angeordndet ist.
Weiterhin wird erfindungsgemät vorgeschlagen, daß ein elektronischer Synchronlauftaktgeber angeordnet ist, der eine hohe Schrittfrequenz für den im Synchronbetrieb dauernd umlaufenden Schrittmotor erzeugt, durch Kontrolle der Zeitpunkte der photoelektrisch beobachteten Nulldurchgänge den tatsächlichen Synchronlauf kontrolliert und im Falle des "Aus-dem-Takt-Fallens" des Schrittmotors die Schrittfrequenz vorübergehend stetig absenkt und wieder anhebt, um dem Schrittmotor ein erneutes Anlaufen in den Synchronbetrieb zu ermöglichen.
Die Erfindung ueist einige wesentliche Vorteile auf. Der vorrangigste Vorteil des stroboskopisch arbeitenden Minkelkodierers besteht darin, daß die Winkelmeßprhzision durch die Verwendung eines in einfacher Weise rotationssymmetrisch aufgebauten Schrittmotors erzielt wird. Weiterhin ist durch diese Anordnung eine gestreckte zylindrische Bauform des Uinkelkodierers möglich (während Uinkelkodierer mit Absolutkodierscheibe durch flache Bauformen großer Durchmesser gskennzeichnet sind). Die durch den Synchronlauftaktgeber vorgegebene hohe Schrittmotordrehzahl ermöglich eine hohe Eingangsgrenzfrequenz des Winkelkodierers, da je Motorumlauf ein Stellung meßwert ermittelt wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Figur 1 zeigt eine mögliche Anordnung der Bauglieder des Winkelkodierers.
Der Schrittmotor 1, koaxial fest verbunden mit der Motorblende 2 und tsfestigt am Gehäuse 11, läuft dauernd um. Die Eingangsblende 3 ist koaxial fest verbunden mit der Eingangswelle 4. Die Eingangswelle 4 ist frei drehbar gelagert im gehäusefesten Lager 12.
Weiterhin ist die am Gehäuse 11 befestigte Nullmarkenblende 5 koaxial zu den beiden übrigen Blenden 2 und 3 angeordnet. Die Lichtquelle 6 beleuchtet die gesamte Fläche der Blende 2 und bildet mit dem über die gesamte Fläche der Blende 3 empfindlichen Lichtempfänger 7 eine Lichtschranke, die bei Koinzidenz der Blendenschlitze der Blenden 2 und 3 einen Lichtstrom feststellt. Die Lichtquelle 6 bildet mit dem Lichtempfänger 8, der nur über die Fläche der Nullmarke 5.1 auf der Nullmarkenblende 5 empfindlich ist, eine zweite Lichtschranke für die Beobachtung der Nulldurchgänge der Motorblende 2. Das elektrische Steuerwerk 13 läßt den Schrittmotor 1 umlaufen, zählt die Motorschritte ab, beginnt diese Zählung mit jedem über die Lichtschranke 6/8 beobachteten Nulldurchgang neu, gibt den Zählerstand zu jeder huber die Lichtschranke 6/7 beobachteten Koinzidenz von Eingangsblende 3 und Motorblende 2 als digital kodierten Stellungsmeßwert 9 aus. Der Synchronlauftaktgeber 10 überwacht durch Beobachtung der Null durchgänge der Motorblende 2 den gleichmäßigen Synchronlauf des Schrittmotors 1 und senkt bei Fehlern vorübergehend die Motordrehzahl.

Claims

Patentansprüche: 1. Stroboskopisch arbeitender Winkelkodierer, der die analoge Winkelstellung einer im Vollkreisbereich von 0° bis 360° anschlagsfrei drehbaren mechanischen Welle mißt und in Form eines elektrischen digitalen Datenwertes ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eingangswelle (4) eine koaxiale Schlitzblenden scheibe (Eingangsblende (3)) angeordnet ist, daß auf der Welle eines mit der Eingangswelle (4, koaxialen, dauernd umlaufenden Schrittmotors (1) koaxial eine zweite Schlitzblendenscheibe (Motorblende (2)) angeordnet ist, und daß die Stellung der Eingangswelle (/;) nacii stroboskopischem Prinzip in der Weise gemassen wird, daß die durch elektrische Motorschrittzählung ermittelte Stellung der Motorblende (2) in dem - phetoelektrisch durch beide Schlitzblenden (2) und (3) passierendes Licht bestimmten -Zeitpunkt der Winkelkoinzidenz von Eingangswelle (4) und Motorwelle (1) ausgelesen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zählung der Schritte des Schrittmators (1) an einer Nullreferenz gestützt wird, indem eine gehäusefeste Schlitzblendenscheibe mit einem Nullmarkenschlitz (Nullmarkenblende (5)) und einer Lichtschranke (6/3) zur photoelektrischen Beobachtung der Winkelkoinzidenz zwischen Motorblende (2) und Nullmarkenblende (5), d.h. zur Besbachtung der Nulldurchgänge der Motorblende (2), angeordnet ist.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Synchronlrauftaktgeber (10) angeordret ist, der eine hohe Schrittfrequenz für den im Synchronbetrieb umlaufenden Schrittmotor erzeugt. durch Kontrolin der Zeitpunkte der photoelektrisch (Lichtschranke (6/8)) beobachteten Nulldurchgänge den tatsächlichen Synchronlauf kontrolliErt urid im Fal] e des, "Aus-dem-Takt-Fallens" des Schrittmotors (1) die Schrittfrequenz stetig absenkt und wieder anhebt, um dem Schrittmotor (1) ein erneutes Anlaufen in den Synchronbetrieb zu ermöglichen.