DE2734223A1 - Digitally controlled analogue angle setting device - has coding disc with number of grid strips smaller than number of stepping motor steps per revolution - Google Patents

Digitally controlled analogue angle setting device - has coding disc with number of grid strips smaller than number of stepping motor steps per revolution

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DE2734223A1 DE19772734223 DE2734223A DE2734223A1 DE 2734223 A1 DE2734223 A1 DE 2734223A1 DE 19772734223 DE19772734223 DE 19772734223 DE 2734223 A DE2734223 A DE 2734223A DE 2734223 A1 DE2734223 A1 DE 2734223A1
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Abstract

The device sets a mechanical output shaft in an analogue angular position which can vary at most from 0 to 360 deg., otherwise within a limited arc. This is done by an electric digital input data word. An optical incremental coding disc (3) with a zero mark is rigidly connected coaxially with the rotor (1) of a stepping motor (2). The number of grid strips on the grid track of the coding disc is smaller than the number of steps of the motor per revolution. The n-stepped field cycle of the stepping motor may include the same setting angle interval as a line pair (bright/dark) on the disc.

Description

Winkelsnellglied mit digitaler Ansteuerung Angled quick link with digital control

Die Erfindung bezieht sich aut ein Winkelstellglied. das ein mechanische Ausgangsw@lle in eine quasi analoge Winkelstellung im anschlagsfreien Vollkreis@ereich von 0° bis 360° nach Maßgabe ei as elektrischen digitalen Eingangsdetenwortes einstellt.The invention relates to an angle actuator. that a mechanical one Starting shaft in a quasi-analog angular position in the stop-free full circle area from 0 ° to 360 ° according to an electrical digital input data word.

Es ist bekannt, daß die analoge Winkeleinstellung nach analogen elektrischen Signalen vielfach durch Wechselstrom-Drehmelder realisiert ist. Pür die Ansteuerung dieser Drehmelder nach digitalen elektrischen Signalen sind besondere zusätzliche elektrische Digital-Analog-Umsetzer erforderlich.It is known that the analog angle adjustment after analog electrical Signals is often realized by AC resolvers. Pür the control these resolvers according to digital electrical signals are special additional electrical digital-to-analog converter required.

Es ist auch bekannt, daß Schrittmotore mit hoher SChrittanzahl pro Umdrehung nach digitalen elektrischen Signalen unmittelbat und getriebelos Winkeleinstellungen feiner Schrittauflösung gestaaten, die der Auflösung von Drehmeldern glcichtomcen. Die Verstellung geht dabei in der Weise vor sich, daß Stelischritte bis zum Erreichen der vorgegebenen Zielttellung aufgezählt verden. Dabei ist der Nachteil bekannt, daß Zähifehler zu unbenerkten Stellfehlern führen.It is also known that stepper motors with a high number of steps per Rotation according to digital electrical signals immediately and gearless angle settings finer step resolution, which is equivalent to the resolution of resolvers. The adjustment takes place in such a way that stelic steps are reached until it is reached the specified target setting are listed. The disadvantage is known that counting errors lead to unnoticed positioning errors.

Als t:aßnahne zur Korrektur dieser Stellfehler ist die Stellungsregelung mit Hilfe einer optisch-mechanischen Stellungskontrolle bekannt; dabei ist eine mehrspurige Absolutvinkel-Kodierscheibe mit parallelen Leselichtschranken eine gebräuchliche, aber aufwendige Lösung; in einfacherer Weise liefert eine einfache einspurige Strichgitter-Inkrementalkodierscheibe mit 2 phasenversetzten Gabellichtschranken - sowie meist mit zusätzlicher Nullstellungsmarke und - Lichtschranke - zwar die ausgeführten Drehschritte nach Anzahl und Laufrichtung, bringt aber wiederum das Problem s-on unbemerkten Zählfehlern ein und gibt iesbesondare bein Anhalten das Schrittmotors durch dessen Drempendelschwingung Fehlimpulse ab.The position control is used as a point of departure for correcting these positioning errors known with the help of an opto-mechanical position control; there is one multi-track absolute angle coding disk with parallel reading light barriers a common, but expensive solution; in a simpler way, a simple single-track line grating incremental encoder disk provides with 2 phase-shifted fork light barriers - and mostly with an additional zero position mark and - light barrier - the performed turning steps according to number and direction of travel, but again brings the problem s-on unnoticed counting errors and gives special features When stopping the stepper motor, its pendulum oscillation removes false impulses.

Der Erfindung liegt daher,ausgehend von diesem stande der Technik,die Aufgabe zugrunde, daß ein Schrittmotor hoher Umfangsschrittanzahl unter Stellungakontrolle durch eine Inkrementalkodierscheibe eine Winkeleinstellung nach einen digitalen elektrischen Bingangsdatenvort ausführt.The invention is therefore based on this prior art, the The object is that a stepper motor with a high number of circumferential steps under position control by means of an incremental encoder disk an angle setting according to a digital one electrical input data forward.

Diese Aufgabe wird bei einem analogen Winkelstellglied der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine optische Inkremental-Kodierscheibe mit Nullmarke vorhanden iot, die koaxial fest verbunden mit dem Schrittnotor-Rotor it; dabei ist die Anzahl der Gitterstreifen (Hell-Dunkel-Streifen) der Inkremental-Kodierscheibe je Umdrehung kleiner als die Anahl der Stellschritte des Schrittmotors je Umareh*ng.In the case of an analog angle actuator, this task is performed at the beginning mentioned type according to the invention achieved in that an optical incremental encoder disk with zero mark present iot, which are firmly connected coaxially with the stepper motor rotor it; where is the number of grating strips (light-dark strips) of the incremental coding disk per revolution smaller than the number of steps of the stepper motor per revolution.

Insbesondere wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der nschrittige Feldzyklus des Schrittmotors (beispielsweise n=@ Schritte bei einem zweiphasigen Schrittmotor im Zwischenschrittbetrieb) das gleiche Stellwinkelintervall unfaßt wie cin Linienpaar der Inkremental-Kodierscheibe (d.h. die Gesamtheit eines hellen und eines dunklen Balkens in Strichgitter): Das Strichgitter der Inkremental-Kodieracheibe ist n-mal gröber als die Einzelschrittauflösung des Schrittmotors.In particular, it is proposed according to the invention that the n-step Field cycle of the stepper motor (for example n = @ steps for a two-phase Stepper motor in intermediate step mode) the same setting angle interval is included like a pair of lines on the incremental coding disk (i.e. the entirety of a bright and a dark bar in line grid): The line grid of the incremental coding disk is n times coarser than the single step resolution of the stepper motor.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorge3chlagen, daß bei der Kontrollzählung der optischen Inkrementalscheibenimpulse nur die während der aktiven erstellung, nicht jedoch die rähresd des passiven Ausschwingens des Schrittmotors und der - m8glicherweise mechanisch gestörten - Stellruhe beobachteten optischen Impulse als Nutzimpulse bewertet werden.Furthermore, it is proposed according to the invention that in the control counting of the optical incremental disk pulses only those during the active creation, but not the rähresd of the passive decay of the stepper motor and the - possibly mechanically disturbed - control rest observed optical impulses as Useful impulses are evaluated.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Laufrichtung und damit die Zählrichtung der optischen Kontrollimpulse aus dem elektrischen Stellsignal abgelesen wird.Furthermore, it is proposed according to the invention that the running direction and thus the counting direction of the optical control pulses from the electrical control signal is read.

Schließlich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Inkremental-Kodierscheibe als kon truktive Einheit integriert mit dei Schrittmotor-Rotor angeordnet ist, und daß die zugehörige Gabellichtschranke im Sehrittmotor-Stator integriert angeordnet i-t.Finally, it is proposed according to the invention that the incremental coding disk is arranged as a constructive unit integrated with the stepper motor rotor, and that the associated fork light barrier is arranged integrated in the step motor stator i-t.

Die Erfindung weist einige vesentliche Vorteile auf. Der vorrangigste Vorteil besteht darin, daß für die Ansteuerung durch digitale elektrische Signale kein gesonderter elektrischer Digital-Analog-Usetzer erforderlich ist, so daß der Aufwand vcrmindert ist. Weiterhin erbringt die Verwendung des engschrittigen Schrittmotors bei gleicher Leistungsaufnahme eine vielfach größere Lastateifigkeit der Ausgangswellenstellung öals bei Wechselstrom-Drehmeldern.The invention has several important advantages. The most important The advantage is that for control by digital electrical signals no separate electrical digital-to-analog converter is required, so that the Effort is reduced. Furthermore, the use of the narrow-step stepper motor provides with the same power consumption, the output shaft position has a much higher load rate than with alternating current resolvers.

Ein weiterer konstruktiver Vorteil besteht darin. daß die Inkremental-todierscheibe um ein Vielfaches gröber gefertigt und justiert werden kann als die Schrittauflösung des rotors. Weiterhin wird der Umstand genutzt, daß die Stellung des Schrittmotors bei Zählfehlern einen Wert snnimmt, der um ein ganzzahliges Vielfaches des n-schrittigen Feldzyklus unbestimmt ist.Another constructive advantage is that. that the incremental encoder disc can be manufactured and adjusted many times more coarsely than the step resolution of the rotor. Furthermore, the fact is used that the position of the stepper motor in the event of counting errors, it takes a value that is an integral multiple of the n-step Field cycle is indefinite.

der aber innerhalb der n Schritte des Feldzyklus gemäß den betragskleinsten Bits des digitalen elektrischen Bingangsdateaortes eindeutig ist. Auf diese Weise wird zugleich erreicht, daß für die optische Inkremental-Kodierscheibe auf die Zählung der bereits in der elektrischen Motorstellung gesicherten Einzelschritte innerhalb des n-schrittigen Peldzyklus verzichtet werden kann; dies rechtfertigt die gröbere Auslegung der Inkremental-Kodierscheibe und weiterhin die UnterdrUckung der optischen Zählimpulse außerhalb des aktiven Schrittmotorlaufes: Die Zählung der optischen Impulse sichert - in bekannter Weise an der Nullmarke gestützt - die Grobstru tur der Eins^ellu3g, die Zählung der elektrischen Hotorstellschritte sichert die Feinstruktur der Einstellung, so daß sich insgesamt eine hohe Fehlersicherheit bei geringem Aufwand ergibt.but within the n steps of the field cycle according to the smallest amount Bits of the digital electrical input data location is unique. In this way is achieved at the same time that for the optical incremental coding disk on the count the individual steps already secured in the electric motor position within the n-step Peld cycle can be dispensed with; this justifies the coarser one Design of the incremental coding disk and the suppression of the optical Counting pulses outside of the active stepper motor run: The counting of the optical Impulse secures the coarse structure - supported in a known manner at the zero mark the one, the counting of the electric hot-setting steps, ensures the fine structure the setting, so that overall there is a high level of error security with little effort results.

Darüberhinaus spart die Mitverwendung des elektrischen Zähl- und Stellrichtungssignales für die Zählung der optischen Impulse eine für die optische Richtungsbestimmung erforderliche phasenversetzte zveite Lichtschranke ein, so daß das einspurige Strichgitter von nur einer Lichtschranke beobachtet wird. Weiterhin gestattet die Integration von Inkremental-Kodierscheibe und Schrittmotor-Rotor sowie von Lichtschrankenanordnung und Schrittmotor- Stator eine einfache flontage.In addition, the use of the electrical counting and actuating direction signals saves for counting the optical pulses one for determining the optical direction required phase-shifted second light barrier, so that the single-lane grating is observed by only one light barrier. Furthermore, the integration allows of incremental coding disk and stepper motor rotor as well as of light barrier arrangement and stepper motor Stator a simple flontage.

In der Zeichnung ist ein Ausftihrungoboispiel der Erfindung dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown.

Figur t zeigt eine mögliche Anordnung der Bauglieder des Winkelstellgliedes. Der Rotor 1 des Schrittmotors 2 mit m Feldzyklen zu je n Stellschritten, d.h. (mxn) Stellschritten je Umdrehung, ist koaxial fest verbunden mit der Inkremental-Winkelkodierscheibe 3, mit einer Strichgitterspur 4 von n Linienpaaren je Umdrehung und einer Nullmaxkenspur 5 mit einer Nullmarke. Die Kodierscheibe 3 wird über eine Doppel-Lichtschranke 6 beobachtet: eine Lichtschranke 7 für die Strichgitter@pur 4, eine Lichtschranke 8 fllr die Nulimarkenspur 5. Ein elektronisches Steuerwerk 9 führt Datenprozesse as. derart, daß i^.r Schrittmotor 2 die Ausgangswelle 10 nach Maßgabe des elektrischen digitalen Eingangsdatenwortes II einstellt und bein Auftreten einer Unstimmigkeit zwischen der Zählung der beabsichrigten. vom Steuerwerk 9 befohlenen Stellschritte und der ZZhlung der tatsächlich ausgeführten, von der Inkremental-Winkelkodierscheibe 3 gemeldeten Stellschritte,einen Korrekturlauf über die Nullmarke 5 ausfahrt. Die Doppel-Lichtschranke 6 ist konstruktiv mit dem Stator 12 des Schrittmotors 2 integriert.Figure t shows a possible arrangement of the components of the angle actuator. The rotor 1 of the stepper motor 2 with m field cycles of n adjustment steps each, i.e. (mxn) Steps per revolution, is firmly connected coaxially to the incremental encoder disc 3, with a grid trace 4 of n pairs of lines per revolution and a zero-max trace 5 with a zero mark. The coding disk 3 is controlled by a double light barrier 6 observed: a light barrier 7 for the line grating @ pur 4, a light barrier 8 for the zero mark track 5. An electronic control unit 9 carries out data processes as. such that i ^ .r stepper motor 2, the output shaft 10 according to the electrical digital input data word II and if a discrepancy occurs between counting the intended. adjustment steps commanded by the control unit 9 and the count of the actually executed by the incremental angle encoder disk 3 reported adjustment steps, execute a correction run over the zero mark 5. the The double light barrier 6 is structurally integrated with the stator 12 of the stepping motor 2.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Analoges Winkelstellglied mit digitaler Ansteuerung, das eine mechanische Ausgangswelle in eine analoge Winkelstelluag, maximal innerhalb des anschlagsfreien Vollkreisbereiches von 0° bis 360, minimal innerhalb eines eines eingeschränkten Teilkreisbereiches, nach Maßgabe eines elektrischen digitalen Eingangsdatenwortes einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Inkremental-Kodierscheibe mit Nullmarke (3) vorhanden ist, die koaxial fest verbunden mit den Rotor(l)eines Schrittmotors(2)ist; dabei ist die Anzahl der Gitterstreifen der Strichgitterspur(4)der Kodierscheibe (3) kleiner als die Anzahl der Stellschritte des Schrittmotors (2) je Umdrehung. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Analog angle actuator with digital Control that a mechanical output shaft in an analog Winkelstelluag, maximum within the stop-free full circle area from 0 ° to 360, minimum within a restricted pitch range, according to an electrical digital input data word, characterized in that an optical Incremental coding disk with zero mark (3) is present, which is firmly connected coaxially with the rotor (1) of a stepping motor (2); where is the number of grid strips the line grid track (4) of the coding disk (3) is smaller than the number of setting steps of the stepper motor (2) per revolution. 2. Analoges Winkelstellglied nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der n-schrittige Feldzyklus des Schrittmotors (2) das gleich Stellvinkelintervall umfaßt wie ein Strichgitter-Linienpaar (Hell/Dunkel) der Inkremental-Kodierscheibe (3).2. Analog angle actuator according to claim!, Characterized in that that the n-step field cycle of the stepping motor (2) has the same adjustment angle interval encompasses like a grating line pair (light / dark) of the incremental coding disk (3). 3. Einrichtung nach den ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zählung der optischen Inkrementalscheiben-Impulse nur die während der aktiven Motorbewegung, nicht jedoch die vährend des passiven Ausschwingens des Schrittmotors (2) und der Stellruhe beobachteten optischen Impulse als Nutzimpulse bewertet werden.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that when counting the optical incremental disk pulses only those during the active motor movement, but not during the passive decay of the stepper motor (2) and the control rest observed optical impulses are evaluated as useful impulses. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählrichtung der optischen Impulse aus den elektrischen Stellsignal des Schrittmotors (2) abgelesen wird.4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that the counting direction of the optical pulses from the electrical control signal of the Stepping motor (2) is read. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inkremantal-Kodierscheibe (3) als konstruktive Einheit integriert mit dem Schrittmotor-Rotor (1) angeordnet ist, und daß die Doppel-Lichtschranke (6) im Schrittmotor-Stator (12) integriert angeordnet ist.5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that that the incremantal coding disc (3) integrated as a structural unit with the Stepper motor rotor (1) is arranged, and that the double light barrier (6) in the stepper motor stator (12) is arranged integrated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991011051A1 (en) * 1990-01-12 1991-07-25 Youn Soo Bae Magnetic induction method and magnetic circuit of rotator for generating mechanical and electric power

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991011051A1 (en) * 1990-01-12 1991-07-25 Youn Soo Bae Magnetic induction method and magnetic circuit of rotator for generating mechanical and electric power
US5350991A (en) * 1990-01-12 1994-09-27 Bae Youn S Magnetic induction method and magnetic circuit of rotator for generating mechanical and electric power

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