DE3201163A1

DE3201163A1 - Vorrichtung zur drehwinkelermittlung

Info

Publication number: DE3201163A1
Application number: DE19823201163
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 8034 Germering Goepel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-01-15
Filing date: 1982-01-15
Publication date: 1983-07-28
Also published as: JPS58123421A; US4554450A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFJ Unser Zeichen

Berlin und München VPA 82P 1 022 DE

Vorrichtung zur Drehwinkelermittlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Zur Ermittlung des Drehwinkels rotierender Elemente, beispielsweise von Gleichstrommotoren, ist es allgemein bekannt, einen mit dem rotierenden Element verbundenen sogenannten Transmissionslichttaster zu verwenden. Eine derartige Vorrichtung weist im wesentlichen einen Lichtsender und einen Lichtempfänger auf, zwischen denen sich ein Abtastelement in Form einer auf der Welle des rotierenden Elementes befestigten sogenannten Lochscheibe befindet, die die Tastebene zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger darstellt. Wird die Lochscheibe in Drehung versetzt, so wird der vom Lichtsender ausgesandte konstante Lichtstrom unterbrochen; im Lichtempfänger werden diese Unterbrechungen bewertet und gegebenenfalls einem Signalumformer zugeführt. Die dabei gewonnenen Signale stellen ein Maß für den Drehwinkel· (und damit auch für die Dreh-, zahl) des rotierenden Elementes, beispielsweise des Gleichstrommotors, dar. Dem Auflösungsvermögen einer derartigen Vorrichtung sind jedoch Grenzen gesetzt.

Diese sind vor allem durch die konstruktiven Gegebenheiten bestimmt. Einerseits kann der Durchmesser der Lochscheibe nicht beliebig groß gemacht werden, andererseits darf die Lichteintrittsöffnung des Lichtempfängers, die sogenannte Aperturbreite, nicht zu klein werden. Diese durch konstruktive Grenzen vorgegebenen Bedingungen einerseits, und die Forderung nach einer möglichst hohen Auflösung des Drehwinkels andererseits erfordert, daß die Breite der lichtdurch-

Fk 1 Obh / 14.1.1982

- A - VPA 82 P 1 0 2 2 OE

lässigen und der lichtundurchlässigen Bereiche der Lochscheibe erheblich größer als die Aperturbreite sein müßte. Damit ist die Maxiraalteilung der Takt3cheibe bestimmt, die dann, wenn eine Lochscheibe mit einem kleinen Durchmesser eingesetzt werden muß, nur eine geringe Drehwinkelauflösung gestattet. Der Durchmesser der Lochscheibe kann in Relation zu den Abmessungen des rotierenden Elementes, beispielsweise eines Motors nicht beliebig groß gemacht werden. Eine Erhöhung der Teilungszahl, durch die eine Vergrößerung der Drehwinkelauflösung möglich wäre, führt dazu, daß die Breite der lichtdurchlässigen Bereiche auf der Lochscheibe in ihren Abmessungen in die Größenordnung der Abmessung der Aperturbreite gelangen, was zu einer asymmetrischen Form der Ausgangssignale führt und sich in einem zunehmenden Fehler der Anzeige auswirkt. Das ist besonders dann nachteilig, wenn das rotierende Element die Welle eines Gleichstrommotors ist und dieser in Druck- oder Schreibgeräten zum Antrieb eines Druckerwagens eingesetzt wird, da sich hier jede Abweichung vom vorgeschriebenen Drehwinkel in einem Positionsfehler des Druckerwagens bemerkbar macht.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Meßgenauigkeit bei der Ermittlung des Drehwinkels von rotierenden Elementen zu verbessern, dabei die Drehwinkelauflösung zu erhöhen, ohne daß dazu besondere zusätzliche Aufwendungen notwendig sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Mit der Erfindung ist im wesentlichen der Vorteil verbunden, daß ohne besonderen konstruktiven Aufwand die Drehwinkelauflösung verdoppelt werden kann. Für die Anwendung in Druck- oder Schreibgeräten ergibt sich durch die Verdoppelung der Drehwinkelauflösung eine Reduzierung des sich vor allem bei bidirektionalem Druck zeilenweise bemerkbar machenden Druckpositionsfehlers um die Hälfte.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Dort zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel· für eine Vorrichtung zur Ermittlung des Drehwinkels eines rotierenden Elementes;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel· für die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lochscheibe,

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen der Aperturbreite und den Abmessungen der iichtdurchlässigen und der lichtundurchlässigen Bereiche einer Lochscheibe nach dem Stande der TeCh" nik und

Fig. 4 diesen Zusammenhang bei einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Lochscheibe.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein sogenannter Transmissionslichttaster in Form einer Gabellichtschranke dargestellt, die aus dem Lichtsender 1 und dem Lichtempfänger 3 besteht. Der Lichtsender 1 enthält eine Lichtquelle zur Erzeugung eines konstanten Lichtstromes. Der Lichtempfänger 2 weist eine Lichteintrittsöffnung 4 mit der Aperturbreite A sowie einen photoelektronischen Sensor 6 auf. Ein Signalumformer 7, der eingangsseitig mit dem photoelektronischen Sensor 6 verbunden ist, gibt an seinem Ausgang 8 das Ausgangssignal S ab. Zwischen dem Lichtsender 1 und dem Lichtempfänger 3 befindet sich eine Tastebene in Form einer Lochscheibe 2, deren Wirkdurchmesser mit rm bezeichnet ist. Die Lochscheibe 2 ist auf einer Welle 5 befestigt, auf der sich auch das rotierende Element, dessen Drehwinkel ermittelt werden soll, befestigt ist. Die Lochscheibe 2 ist derart angeordnet, daß deren lichtdurchlässiger Berei.ch 9 im Strahlengang des vom Lichtsender 1 zum Lichtemp-

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fänger 3 gesendeten gebündelten Lichtstrahles liegt.

Den Aufbau der Lochscheibe 2 zeigt Fig. 2. Erfindungsgemäß sind die lichtdurchlässigen Bereiche 9 und die lichtundurchlässigen Bereiche 10 asymmetrisch über den Umfang der Taktscheibe verteilt angeordnet. Die Teilung T ist durch die Breite LS eines lichtdurchlässigen Bereiches 9 und der Breite LT eines lichtundurchlässigen Bereiches 10 bestimmt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben. Zunächst wird angenommen, daß die Breite LS der lichtdurchlässigen und die Breite LT der lichtundurchlässigen Bereiehe 9 und 10 gleich groß sind und in der Größenordnung der Aperturbreite A liegen (LS=LT ^ A). Dieser Annahme liegt die Darstellung in Fig. 3 zugrunde. Dort i3t in der ersten Zeile die sich in Pfeilrichtung bewegende Lochscheibe 2, in der zweiten Zeile die demgegenüber festliegende Lichteintrittsöffnung 4 des Lichtempfängers und in der dritten Zeile das dabei am Ausgang 8 des Signalumformers abgegebene Ausgangssignal S dargestellt. Bei Drehung der Lochscheibe 2 (entspricht in Fig. 3 der Bewegung in Pfeilriohtung) trifft der vorher unterbrochene Lichtstrom über die Lichteintrittsöffnung t auf den Lichtempfänger, was zur Abgabe des Ausgangssignals S führt. Die Impulsweite P des Ausgangssignals S ist durch die Aperturbreite A und durch die Breite LS des lichtdurchlässigen Bereiches 9 bestimmt. Das Ausgangssignal S weist einen asymmetrischen Verlauf auf, d.h. das Tastverhältnis Q=-|· ist erheblich grosser als 0,5. Es tritt hierbei ein sogenannter spezifischer Versatz SV auf, der durch den Einfluß der Aperturbreite A sowie durch optische Fehler der Gabellichtschranke bestimmt ist.

-ρ - VPA 82Ρ 1022 OE

Wird eine Lochscheibe gemäß der Erfindung verwendet, bei der die lichtdurchlässigen und die lichtundurchlässigen Bereiche asymmetrisch angeordnet sind, so kann ohne Änderung des übrigen konstruktiven Aufbaus eine Symmetrierung des Signals S erreicht werden, und die Drehwinkelauflösung kann dann verdoppelt werden. Das wird anhand von Fig. 4 deutlich, wo wiederum in der ersten Zeile die sich in Pfeilrichtung bewegende Lochscheibe 2, in der zweiten Zeile die dem gegenüber festliegende Lichteintrittsöffnung 4 und in der dritten Zeile das Ausgangssignal S dargestellt ist.

Durch die erfindungsgemäße asymmetrische Anordnung der lichtdurchlässigen und der lichtundurchlässigen Bereiche 9 und 10 wird nunmehr ein symmetrisches Ausgangssignal S erzeugt,

ρ
dessen Tastverhältnis Q=-sr =0,5 beträgt. Die Breite LS der lichtdurchlässigen Bereiche 9 ist hierbei um den durch den spezifischen Versatz bestimmten Wert verkürzt und die Breite LT der lichtundurchlässigen Bereiche 10 ist um denselben Wert verlängert.

Bei Anwendung der vorgeschlagenen Maßnahme ergibt sich somit eine Verdoppelung der Drehwinkelauflösung, da nunmehr sowohl die ansteigende als auch die abfallende Flanke des symmetrischen Ausgangssignales ausgewertet werden kann. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist kostengünstig und kann z.B.

mit einer kommerziell erhältlichen Gabellichtschranke kombiniert werden.

1 Patentanspruch
4 Figuren

Leerseite

Claims

VPA Patentanspruch

Vorrichtung zur Ermittlung des Drehwinkels rotierender Elemente mit einem Lichtsender, einem Lichtempfänger und einem sich dazwischen entsprechend der Drehzahl des rotierenden Elements bewegenden Abtastelement mit lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen unterschiedlicher Breite,

dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (LS) der lichtdurchlässigen Bereiche (9) gegenüber der Breite (LT) der lichtundurchlässigen Bereiche (10) verkürzt sind und daß die Breite (LS) der lichtdurchlässigen Bereiche (9) in der Größenordnung der Aperturbreite (A) der Lichteintrittsöffnung (4) des Lichtempfängers (3) liegt.