DE2800260A1

DE2800260A1 - Opto-electronic reading of encoder disc - using optic fibre cables coupled to remote diode and transistor arrays

Info

Publication number: DE2800260A1
Application number: DE19782800260
Authority: DE
Inventors: Karl Heinrich Destree; Wilhelm Roeser
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1978-01-04
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1979-07-12

Abstract

Optic fibre transmission lines are used to enable position encoding discs and strips to be of smaller dimensions. The disc has a number of tracks (2) pattened in black and white to correspond to a selected binary coding. Photo diodes in a block (7) transmit light via a flat strip (5) of optic fibre cables. The generated signals are collected by a similar arrangement and are received by photo transistors mounted in a block (8). Since the diodes and transistors are remote from the disc, the spacing of tracks is dictated purely by the cables.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen opto-elektronischenThe invention relates to an opto-electronic

Abgriff der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.Pick up the specified in the preamble of claim 1 in more detail Art.

Ein derartiger Abgriff ist z. B. aus den "echnischen Mitteilungen" 29, November 1976, der FRABA GmbH, Köln bekannt. Bei diesem Abgriff dient als Codeträger eine kreisförmige Scheibe, die Codescheibe, die die Codierung in Form von aneinandergereihten Hell-Dunkel-Feldern trägt, die in der Art von konzentrisch zur Drehachse der Scheibe angeordneten Kreisen ausgebildet sind. Eine stillstehende Blendenscheibe ist zwischen den Licht empfängern und der Codescheibe flächenparallel zu der Codescheibe angeordnet. Durch die Blendenscheibe geht ein großer Teil der ausgesendeten Lichtenergie verloren. Die oeffnungen in der Blendenscheibe sind Schlitze, deren Breite die Breite des Lichtstrahls zwischen Lichtsender und Lichtempfänger auf die Breite eines Codefeldes begrenzt. Die Blendenscheibe muß so angeordnet sein, daß sie in ihrer Lage justierbar ist. Als Lichtempfänger dienen bei dem bekannten Abgriff Fototransistoren. Der Abstand zweier benachbarter Code spuren ist durch den Durchmesser der Fototransistoren vorgegeben, der üblicherweise einige Millimeter beträgt. Es gibt zwar auch Fototransistoren, deren Durchmesser bis auf einen halben Millimeter verringert ist; jedoch sind die Kosten für derartig miniaturisierte Bauelemente sehr groß.Such a tap is z. B. from the "technical messages" November 29, 1976, known to FRABA GmbH, Cologne. This tap serves as a code carrier a circular disk, the code disk, which encodes the coding in the form of strung together Light-dark fields, which are in the manner of concentric to the axis of rotation of the disc arranged circles are formed. A stationary diaphragm is between the light receivers and the code disk arranged parallel to the surface of the code disk. A large part of the light energy emitted is lost through the diaphragm. The openings in the diaphragm are slits, the width of which is the same as the width of the Light beam between the light transmitter and light receiver to the width of a code field limited. The diaphragm must be arranged so that it can be adjusted in its position is. Phototransistors serve as light receivers in the known tap. The distance of two adjacent code tracks is determined by the diameter of the phototransistors, which is usually a few millimeters. There are also phototransistors, the diameter of which is reduced to half a millimeter; however, they are Costs for such miniaturized components are very high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen preisgünstigen opto-elektronischen Abgriff der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch ohne den Einsatz von Blenden zwischen Codeträger und Lichtempfänger eine große Winkel- bzw. Wegauflösung erlaubt. -s Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des opto-elektronischen Abgriffs nach dem Patentanspruch 1 sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.The invention is based on the object of an inexpensive opto-electronic To create tap of the type mentioned, even without the use of diaphragms between the code carrier and the light receiver allows a large angular or path resolution. -s This object is characterized in accordance with the invention by those in claim 1 Features solved. Advantageous further developments and refinements of the opto-electronic Tap according to claim 1 are characterized in claims 2 to 5.

Durch die Erfindung ist es möglich, den Abstand zwischen benachbarten Code spuren zu verringern. Damit verringern sich die äußeren Abmessungen des gesamten opto-elektronischen Abgriffs.The invention makes it possible to reduce the distance between adjacent Reduce code traces. This reduces the external dimensions of the whole opto-electronic tap.

Außerdem erhöht sich durch das Fehlen der lichtmindernden Blendenscheibe die Grenzfrequenz der Hell-Dunkel-0bergänge, die mit dem Abgriff noch erfaßbar sind. Zwischen der optischen Abtastung und den Bauelementen für die opto-elektronische Signalverarbeitung besteht eine räumliche Trennung, die den Einsatz des erfindungsgemäßen opto-elektronischen Abgriffs auch in explosiven Medien erlaubt. Bei diesem Anwendungsfall befindet sich nur die optische Abtastung in dem explosiven MediumXwährend die opto-elektronische Signalverarbeitung außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs erfolgt.In addition, it increases due to the lack of the light-reducing diaphragm the cut-off frequency of the light-dark transitions that can still be detected with the tap. Between the optical scanning and the components for the opto-electronic Signal processing is a spatial separation, which makes the use of the invention opto-electronic tapping is also permitted in explosive media. In this use case only the optical scanning is in the explosive medium X while the opto-electronic Signal processing takes place outside the hazardous area.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 die PrinzipzeSchnung eines opto-elektronischen Abgriffs nach der Erfindung mit einer kreisförmigen Codescheibe, Figur 2 die Prinzipzeichnung eines opto-elektronischen Abgriffs nach der Erfindung mit einem Band als Codeträger, uf dem die Codierung in der Art paralleler Spuren aufgebracht ist, Figur 3 die Prinzipzeichnung eines opto-elektronischen Abgriffs nach der Erfindung mit einem Band als Codeträger, auf dem die Codierung als einspuriger Kettencode aufgebracht ist, und Figur 4 die Draufsicht auf das Unterteil eines Abgriffkopfes an der Trennfuge zwischen Unterteil und den beiden Oberteilen.The invention is described in more detail below and Advantages based on the embodiments shown in the drawings explained. They show: FIG. 1 the principle diagram of an opto-electronic tap according to the invention with a circular code disk, Figure 2 shows the principle drawing an opto-electronic tap according to the invention with a tape as a code carrier, On which the coding is applied in the manner of parallel tracks, FIG. 3 shows the principle drawing an opto-electronic tap according to the invention with a tape as a code carrier, on which the coding is applied as a single-track chain code, and FIG. 4 shows the Top view of the lower part of a pick-up head at the parting line between the lower part and the two tops.

Gleiche Bauteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same components are given the same reference symbols in the figures Mistake.

Die Figur 1 zeigt die Prinzipzeichnung eines opto-elektronischen Abgriffs nach der Erfindung mit einer kreisförmigen Codescheibe. Eine drehbar gelagerte Welle 1 trägt die Codescheibe 2 mit Hell-Dunkel-Feldern, die durch den Leseschlitz 3 eines gabelförmigen Abgriffkopfes 4 gleitet. Der Abgriffkopf 4 dient als Halterung für zwei Lichtleiterflachbänder 5 und 6, deren einzelne Lichtleiter durch die Schenkel des Abgriffkopfes bis zu der Codescheibe 2 geführt sind, ohne diese jedoch zu berühren. Der Durchmesser der einzelnen Lichtleiter beträgt ca. 0,1 mm. Es können daher Codefelder dieser Breite optisch abgetastet werden, ohne daß aufwendige Blendenkonstruktionen, die auch zu Justierproblemen führen, erforderlich sind. Der Abstand benachbarter Codespuren kann aufgrund des kleinen Durchmessers der Lichtleiter und der sie umgebenden Umhüllung sehr klein gewählt werden. Das Lichtleiterflachband 5 ist der Sendeseite zugeordnet und in eine Halterung 7 geführt, die als Lichtsender dienende Leuchtdioden enthält. Jedem der Lichtleiter ist eine Leuchtdiode zugeordnet. Die Anpassung der Teilung des Lichtleiterflachbandes 5 an die Abstände zwischen den Leuchtdioden geschieht durch Spleißen des Lichtleiterflachbandes 5, so daß die einzelnen Lichtleiter getrennt an die Leuchtdioden angeschlossen werden können. Das Lichtleiterflachband 6 ist der Empfangsseite zugeordnet und in eine Halterung 8 geführt, die als Lichtempfänger dienende Fototransistoren enthält. Jedem der Lichtleiter ist ein Fototransistor zugeordnet.FIG. 1 shows the principle drawing of an opto-electronic tap according to the invention with a circular code disk. A rotatably mounted shaft 1 carries the code disk 2 with light-dark fields that pass through the reading slot 3 of a fork-shaped pick-up head 4 slides. The pick-up head 4 serves as a holder for two light guide flat strips 5 and 6, whose individual light guides are guided through the legs of the pickup head up to the code disk 2 without touching them, however. The diameter of the individual light guides is approx. 0.1 mm. Code fields of this width can therefore be scanned optically without that complex diaphragm constructions, which also lead to adjustment problems, are required are. The distance between adjacent code tracks can be due to the small diameter the light guide and the surrounding envelope are chosen to be very small. That Light guide ribbon 5 is assigned to the transmission side and guided into a holder 7, which contains light emitting diodes serving as a light transmitter. There is one for each of the light guides Assigned light emitting diode. The adaptation of the division of the light guide ribbon 5 to the gaps between the light-emitting diodes are made by splicing the light guide ribbon 5, so that the individual light guides are connected separately to the light emitting diodes can. The light guide ribbon 6 is assigned to the receiving side and in a Holder 8 out, which contains phototransistors serving as light receivers. Each a phototransistor is assigned to the light guide.

Die Anpassung der Teilung des Lichtleiterflachbandes 6 an die Abstände zwischen den Fototransistoren geschieht durch Spleißen des Lichtleiterflachbandes 6. Da somit die Abstände zwischen den opto-elektronischen Bauelementen auf der Sendeseite und auf der Empfangsseite einerseits und die Abstände zwischen den einzelnen Codespuren der Codescheibe 2 andererseits voneinander unabhängig sind, können als Lichtsender und Lichtempfänger preisgünstige Bauelemente, z. B. von Lochstreifenlesern, verwendet werden. Einzelheiten der Halterungen 6 und 7 sind im Zusammenhang mit der Figur 3 beschrieben.The adaptation of the division of the light guide ribbon 6 to the distances between the phototransistors is done by splicing the light guide ribbon 6. Since thus the distances between the opto-electronic components on the transmitting side and on the receiving side, on the one hand, and the distances between the individual code tracks the code disk 2, on the other hand, are independent of one another, can act as a light transmitter and light receivers inexpensive components, e.g. B. of paper tape readers, be used. Details of the brackets 6 and 7 are in connection with FIG of Figure 3 described.

Die Figur 2 zeigt die Prinzipzeichnung eines opto-elektronischen Abgriffs nach der Erfindung mit einem Codeband 9', das die Codierung in der Art paralleler Spuren, die aus Hell-Dunkel-Feldern bestehen, trägt. Als Codeband 9' kann z. B. ein Metallband dienen, auf das das Codemuster durch Fortätzen von Flächen, die Hell-Feldern entsprechen, aufgebracht ist. Das Codeband 9' ist über Umlenkrollen 10 und 11 geführt, von denen die Umlenkrolle 11 gleichzeitig als Antriebsrolle dient.FIG. 2 shows the principle drawing of an opto-electronic tap according to the invention with a code tape 9 ', the coding in the manner of parallel Traces, which consist of light-dark fields, bears. As code tape 9 ', for. B. a metal strip is used to which the code pattern is applied by etching areas, the bright fields correspond, is applied. The code tape 9 'is guided over pulleys 10 and 11, of which the deflection roller 11 also serves as a drive roller.

Die Figur 3 zeigt die Prinzipzeichnung eines weiteren optoelektronischen Abgriffs nach der Erfindung mit einem Codeband 9", auf dem die Codierung als einspuriger Kettencode aufgebracht ist, dessen Abtastung durch mehrere in der Bewegungsrichtung des Codebandes49" nebeneinander angeordnete Lichtleiter erfolgt. Auf einer Leiterplatte 12 sind die Halterungen 7 und 8 befestigt. Ein Teilausbrucb der Halterung 7 zeigt die Lage von drei Leuchtdioden 13, 14, 15 in Aussparungen der Halterung 7, die lichtbündelnd ausgestaltet sind. Das von den Leuchtdioden 13, 14, 15 ausgesendete Licht ist über Lichtleiter 16, 17, 18 des Lichtleiterflachbandes 5 zum Leseschlitz 3 geführt. Der in den Figuren 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 4 versehene Abgriffkopf ist in der Figur 3 aus drei Einzelteilen, eines gabelforiigen Unterteil 4a sowie einem Oberteil 4b auf der Sendeseite und einem Oberteil 4c auf der Expfangsseite, bestehend dargestellt. Das Oberteil 4b ist im Bereich der Lichtleiter 16, 171 18 gebrochen dargestellt.FIG. 3 shows the principle drawing of a further optoelectronic Tap according to the invention with a code tape 9 "on which the coding as a single-track Chain code is applied, the scanning of which by several in the direction of movement des Codebandes49 "is carried out side by side. On a printed circuit board 12, the brackets 7 and 8 are attached. A partial extension of the holder 7 shows the position of three light-emitting diodes 13, 14, 15 in recesses in the holder 7, which bundle the light are designed. The light emitted by the light emitting diodes 13, 14, 15 is over Light guides 16, 17, 18 of the light guide ribbon 5 are guided to the reading slot 3. Of the In Figures 1 and 2 provided with the reference numeral 4 pick-up head is in the Figure 3 out of three Individual parts, a fork-shaped lower part 4a as well as a top part 4b on the sending side and a top part 4c on the receiving side, consisting shown. The upper part 4b is in the area of the light guides 16, 171, 18 shown broken.

Die Lichtleiter 19, 20, 21 des Lichtleiterflachbandes 6 bilden die optische Yerlangerung der Lichtleiter 16, 17, 18.The light guides 19, 20, 21 of the light guide ribbon 6 form the optical extension of the light guides 16, 17, 18.

Das Oberteil 4c ist ii Bereich der Lichtleiter 19, 20, 21 gebrochen dargestellt. Das von den Lichtleitern 19, 20, 21 aufgefangene Licht ist über die Lichtleiter 19, 20, 21 zu Bototransistoren 22, 23, 24 geführt, die in Aussparungen der Halterung 8 angeordnet sind Die Halterung 8 ist in diesem Bereich gebrochen dargestellt. Die elektrischen Anschlüsse der Leuchtdioden und der Pototransistoren sind lalt Leiterbahnen auf der Rückseite der Leiterplatte 12 verbunden.The upper part 4c is broken in the area of the light guides 19, 20, 21 shown. The light captured by the light guides 19, 20, 21 is via the Light guides 19, 20, 21 led to bototransistors 22, 23, 24, which are in recesses the bracket 8 are arranged. The bracket 8 is broken in this area shown. The electrical connections of the light emitting diodes and the pototransistors are lalt conductor tracks on the back of the circuit board 12 connected.

Eine genaue Paarung der Lichtleiter auf der Sendeseite mit den entsprechenden Lichtleitern auf der Eipfangsseite läßt sich erreichen, wenn ian ein durchgehendes Lichtleiterflachband über das gabelför ige Unterteil 4a legt, die Oberteile 4b und 4c an dem Unterteil 4a befestigt und danach das Lichtleiterflachband im Bereich des Leseschlitzes 3 durchtrennt.A precise pairing of the light guides on the transmitter side with the corresponding ones Light guides on the Eipfangsseite can be achieved if ian a continuous Flat light guide tape over the fork-shaped lower part 4a, the upper parts 4b and 4c attached to the lower part 4a and then the light guide ribbon in the area the reading slot 3 severed.

Die Figur 4 zeigt die Draufsicht auf das Unterteil 4a' eines Abgriffkopfes, dessen Eipfangsseite derjenigen des Abgriffkopfes in der Figur 3 entspricht. luf der Sendeseite sind die einzelnen Lichtleiter jedoch durch ein lichtleitendes Bauteil 25 ersetzt, das sich im Bereich des Leseschlitzes 3 über sämtliche Lichtleiter des Lichtleiterflachbandes 6 auf der Empfangsseite erstreckt. Die Beleuchtung des lichtleitenden Bauteils 25 erfolgt durch eine Leuchtdiode 26.FIG. 4 shows the top view of the lower part 4a 'of a pick-up head, whose Eipfangsseite corresponds to that of the tap head in FIG. luf However, on the transmitting side, the individual light guides are made by a light-conducting component 25th replaced, which is in the area of the reading slot 3 over all Light guide of the light guide flat strip 6 extends on the receiving side. The lighting of the light-conducting component 25 is carried out by a light-emitting diode 26.

Die Erfindung ist nicht nur für opto-elektronische Abgriffe anwendbar, die nach dem Durchlichtverfahren arbeiten, wie die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Abgriffköpfe, sondern auch für opto-elektronische Abgriffe mit Abgriffköpfen, die nach dem Reflexionsverfahren arbeiten.The invention is not only applicable for opto-electronic taps, which work according to the transmitted light method, such as those shown in FIGS Pick-up heads, but also for opto-electronic pick-ups with pick-up heads that work according to the reflection method.

Claims

"Opt o-electronic tap" claims:> pto-electronic Tapping with a device for sending and receiving light beams and with a code carrier which is movably arranged between the light transmitter and light receiver is, characterized in that between the code carrier (9; 9 '; 9 ") and each of the light receivers (22, 23, 24) a light guide (19, 20, 21) is arranged is.

2. Tap according to claim 1, characterized in that each light guide (19, 20, 21) on the receiving side a light guide (16, 17, 18) on the transmitting side is assigned, the lighting of which is carried out by a light transmitter (13, 14, 15).

3. Tap according to claim 1, characterized in that the light guides (19, 20, 21) have a common light-conducting component (25) on the receiving side is assigned to the transmission side, the illumination of which is carried out by a light transmitter (26).

4. Tap according to claim 1 or 2, characterized in that of the sending side to the receiving side through a fork-shaped pick-up head (4a, 4b, 4c) guided light guides (5, 6) within the recess serving as a reading slot (3) of the fork-shaped pick-up head (4a, 4b, 4c) are severed.

5. Tap according to one of the preceding addresses, characterized in that that the light guides (16, 17, 18; 19, 20, 21) are combined to form flat strips (5; 6) are.