DE3247174A1 - Direction-of-movement sensor - Google Patents

Direction-of-movement sensor

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DE3247174A1 DE19823247174 DE3247174A DE3247174A1 DE 3247174 A1 DE3247174 A1 DE 3247174A1 DE 19823247174 DE19823247174 DE 19823247174 DE 3247174 A DE3247174 A DE 3247174A DE 3247174 A1 DE3247174 A1 DE 3247174A1
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    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement

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Abstract

A direction-of-movement or -rotation sensor contains on a mechanical element (1) which can be driven a pulse transmitter, e.g. a scanning disc (2) having a pulse pattern (4), the pulse output of which is scanned by a scanning device (7) and fed to a pulse evaluation circuit. The scanning pulses have a steep edge and a flatter, in particular stepped, edge. The evaluation circuit generates a first output signal given a mark-to-space ratio corresponding to the width of the base of the scanning pulses, and a second output signal given a mark-to-space ratio corresponding to the width of the top of these pulses. <IMAGE>

Description

Bewegungsrichtungsgeber Die Erfindung betrifft einen Bewegungsrichtungsgeber der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Movement direction transmitter The invention relates to a movement direction transmitter of the type specified in the preamble of claim 1.

Zur Feststellung der Bewegungsrichtung eines angetriebenen mechanischen Elementes, z.B. von dessen Wegstrecke und der Bewegungsrichtung, in der es diese Wegstrecke zurückLegt, ist es bekannt, neben der am angetriebenen mechanischen Element oder Maschinenteil angebrachten abtastbaren Rasterskala eine zweite abtastbare Rasterskale an einem feststehenden Maschinenteil anzubringen. Beide Rasterskalen werden abgetastet und aus der Stellung der abgetasteten Impulse zueinander in einer Auswert schaltung die Bewegungsrichtung feststellt. Eine derart aufwendige Einrichtung ist für eine sehr genaue Messung der Bewegung vom beweglichen mechanischen Element oder Maschinenteil zwar unumgänglich, für Einrichtungen mit geringeren Genauigkeitsanforderungen jedoch zu aufwendig.To determine the direction of movement of a driven mechanical Element, e.g. of its distance and the direction of movement in which it is Distance covered, it is known, in addition to that on the driven mechanical element or machine part attached scannable grid scale a second scannable grid scale to be attached to a stationary machine part. Both raster scales are scanned and from the position of the scanned pulses to each other in an evaluation circuit determines the direction of movement. Such a complex device is for a very precise measurement of the movement of the moving mechanical element or machine part inevitable, but for facilities with lower accuracy requirements too expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein bewegliches mechanisches Element oder Geräteteil, dessen Wegstrecke nicht mit sehr hoher Genauigkeit gemessen werden muß, einen Bewegungsrichtungsgeber anzugeben, der einen wesentlich geringeren Aufwand erfordert und dennoch eine sichere Angabe der Bewegungsrichtung gewährleistet. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen technischen Merkmale gelöst.The invention is based on the object for a movable mechanical Element or part of the device, the distance of which is not measured with very high accuracy must be to specify a direction of movement encoder that has a much lower Requires effort and yet a reliable indication of the direction of movement guaranteed. This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified technical features solved.

Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß nur ein Impulsgeber und nur eine Impulsabtasteinrichtung für den Impulsgeber erforderlich ist und dennoch eine eindeutige Aussage für die Bewegungsrichtung vorliegt.The invention has the advantage that only one pulse generator and only one pulse sensing device is required for the pulse generator and yet there is a clear statement for the direction of movement.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims characterize advantageous embodiments of the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Figur 1 einen Bewegungsrichtungsgeber zur Anzeige der Drehrichtung einer Welle in einer schematischen Darstellung7 Figur 2 einen Ausschnitt der auf der in Figur 1 dargestellten Welle angebrachten Rasterscheibe, Figur 3 ein Diagramm der Lichtdurchlässigkeit der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Rasterscheibe, Figur 4 eine Schaltungsanordnung eines Bewegungsrichtungsgebers, Figur 5 das Diagramm des Abtastsignals und die zugehörigen Impulsdiagramme, abhängig von der Bewegungsrichtung.The invention is explained below on the basis of an advantageous exemplary embodiment explained in more detail. In the accompanying drawings, FIG. 1 shows a direction of movement transmitter for displaying the direction of rotation of a shaft in a schematic representation 7 Figure 2 shows a section of the raster disk attached to the shaft shown in FIG. 1, FIG. 3 shows a diagram of the light transmittance of that shown in FIGS. 1 and 2 Raster disk, Figure 4 shows a circuit arrangement of a movement direction transmitter, figure 5 shows the diagram of the scanning signal and the associated pulse diagrams, depending on the direction of movement.

In Figur 1 ist als Ausführungsbeispiel eines Bewegungsrichtungsgebers ein Drehrichtungsgeber für die Drehrichtung einer Welle 1 dargestellt. Auf der Welle 1 ist als Impulsgeber eine Rasterscheibe 2 befestigt, die an ihrem Rand eine Skala 3 optischer Rasterelemente 4 aufweist. Die Rasterscheibe 2 ist an einer Stelle mit ihrer Skala zwischen den beiden Wangen 5 und 6 einer als Impulsabtasteinrichtung ausgebildeten Lichtschranke 7 angeordnet. Die eine Wange 6 enthält eine Lichtquelle, z.B. eine Leuchtdiode 8 (Figur 4), zum Durchleuchten der Rasterskala 3 der Rasterscheibe 2.In Figure 1 is an embodiment of a direction of movement transmitter a direction of rotation transmitter for the direction of rotation of a shaft 1 is shown. On the wave 1, a raster disk 2 is attached as a pulse generator, which has a scale on its edge 3 optical grid elements 4 has. The raster disk 2 is at one point with its scale between the two cheeks 5 and 6 as a pulse scanning device formed light barrier 7 arranged. One cheek 6 contains a light source, E.g. a light-emitting diode 8 (Figure 4) to illuminate the grid scale 3 of the grid disc 2.

Die andere Wange der Lichtschranke 7 enthält einen Fotosensor, z. B. in der Gestalt eines Fototransistors 9 (Figur 4) als optoelektronischen Wandler. Die Lichtschranke 7 ist auf einer Schaltungsplatte 10 befestigt, die auch die Schaltungselemente der der lichtschranke nachgeschalteten Impulsauswertschaltung 11 enthält.The other cheek of the light barrier 7 contains a photo sensor, e.g. B. in the form of a phototransistor 9 (Figure 4) as an optoelectronic converter. The light barrier 7 is attached to a circuit board 10, which also contains the circuit elements which contains the pulse evaluation circuit 11 connected downstream of the light barrier.

In Figur 2 ist ein Ausschnitt der in Figur 1 gezeigten Rasterscheibe 2 dargestellt. Die Rasterelemente 4 sind in ihrer Lichtdurchlässigkeit gestuft und enthalten ein lichtdurchlässiges Elementeteil 12 und einen halbdurchlässigen Elementeteil 13, das die Intensität des durchstrahlenden Lichtes wesentlich herabsetzt. Die Rasterelemente 4 sind durch lichtundurchlässige Stege 14 voneinander getrennt.FIG. 2 shows a section of the raster disk shown in FIG 2 shown. The grid elements 4 are graded in their transparency and contain a translucent element part 12 and a semitransparent element part 13, which significantly reduces the intensity of the light shining through. The grid elements 4 are separated from one another by opaque webs 14.

In Figur 3 ist schematisch ein Längsschnitt durch die Scheibe 2 an der Stelle der Rasterskala 3 dargestellt,die von den Lichtstrahlen 15 einer Lichtquelle durchleuchtet wird. Unter diesem Längsschnitt ist ein Leuchtdichtediagramm 16 dargestelltJdessen Ordinate 17 einen Maßstab der Leuchtdichte L anzeigt. Die Kurve 18 stellt die Leucht- dichte der Rasterskala unter dem Einfluß der Lichtstrahlen 15 an den einzelnen Teilen 12, 13, 14 der Rasterelemente 4 der Rasterskala 3 darstellt.In Figure 3, a longitudinal section through the disk 2 is shown schematically the location of the grid scale 3 shown by the light rays 15 of a light source is x-rayed. A luminance diagram 16 is shown below this longitudinal section Ordinate 17 indicates a scale of the luminance L. The curve 18 represents the light density the grid scale under the influence of the light rays 15 on the individual parts 12, 13, 14 of the grid elements 4 of the grid scale 3 represent.

In Figur 4 ist eine Schaltungsanordnung eines in Figur 1 gezeigten Drehrichtungsgebers schematisch in einem Blockschaltbild dargestellt. Die Lichtstrahlen 15 der als Lichtquelle in der Lichtschranke 7 verwendeten Leuchtdiode 8 beleuchten den ihr gegenüberliegenden Teil der Rasterskala 3 der Rasterscheibe 2 des Drehrichtungsgebers.FIG. 4 shows a circuit arrangement of one shown in FIG Direction of rotation sensor shown schematically in a block diagram. The rays of light 15 illuminate the light-emitting diode 8 used as a light source in the light barrier 7 the opposite part of the grid scale 3 of the grid disk 2 of the direction of rotation transmitter.

Der Fototransistor 9 tastet die Leuchtdichte der ihm gegenüberliegenden Teile der Rasterelemente 12, 13, 14 der Rasterscheibe 2 ab und wandelt sie leuchtdichteabhängig in eine Ausgangsspannung um, die in einem Verstärker 19 verstärkt wird. Entsprechend des Leuchtdichteverlaufs vor dem Fototransistor 9 und der Drehrichtung der Scheibe 2 entsteht am Ausgang des Verstärkers 19 ein impulsförmiges Abtastsignal U1, das für eine in Figur 1 mit dem Pfeil R angezeigte Rechtsdrehung der Scheibe 2 im ersten Diagramm der Figur 5a dargestellt ist und für eine Linksdrehung der Scheibe 2 im ersten Diagramm der Figur 5b dargestellt ist. Die einzelnen Abtastimpulse 20 für den Rechtslauf oder 21 für den Linkslauf weisen auf der einen Seite eine steile Flanke 22 und auf der anderen Seite eine gestufte Flanke 23 auf, so daß die Abtastimpulse an ihrem Kopfteil 24 wesentlich schmaler sind als an ihrem Fußteil 25.The phototransistor 9 samples the luminance of the one opposite it Parts of the grid elements 12, 13, 14 of the grid disk 2 and converts them as a function of luminance into an output voltage which is amplified in an amplifier 19. Corresponding the course of the luminance in front of the phototransistor 9 and the direction of rotation of the disk 2, a pulse-shaped sampling signal U1 is produced at the output of the amplifier 19, which for a clockwise rotation of the disk 2 indicated in FIG. 1 by the arrow R in the first Diagram of Figure 5a is shown and for a left-hand rotation of the disk 2 in first diagram of Figure 5b is shown. The individual sampling pulses 20 for clockwise rotation or 21 for counterclockwise rotation have a steep slope on one side Edge 22 and on the other side a stepped edge 23, so that the sampling pulses are significantly narrower at their head part 24 than at their foot part 25.

An den Ausgang des Verstärkers 19 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Drehzahlmesser 26 angeschlossen, der aus der Frequenz der Abtastimpulse die Drehzahl bildet und diese beispielsweise an eine Anzeigeeinrichtung 27 weiterleitet.At the output of the amplifier 19 is in the illustrated embodiment a tachometer 26 connected, the from the frequency of the sampling pulses Forms speed and forwards this for example to a display device 27.

Außerdem ist an den Ausgang des Verstärkers 19 ein Schwellwertschalter 28 angeschlossen, der beim überschreiten einer im Bereich des Kopfteiles 24 der Abtastimpulse liegenden Eingangsspannung U51 einschaltbar ist, so daß er an seinem Ausgang 29 eine Ausgangsspannung U2 definierter Höhe erzeugt, und der beim Unterschreiten einer im Bereich des Fußteils 25 der Abtastimpulse liegenden Eingangsspannung U52 aus seinem Einschaltzustand ausschaltbar ist.In addition, there is a threshold switch at the output of the amplifier 19 28 connected, which when crossing a in the area of the head part 24 of the Sampling pulses lying input voltage U51 can be switched on, so that it is at his Output 29 generates an output voltage U2 of a defined level, and when it falls below it an input voltage U52 lying in the area of the foot part 25 of the sampling pulses can be switched off from its switched-on state.

Dadurch entsteht am Ausgang 29 des Schwellwertschalters 28 für jeden Abtastimpuls ein Ausgangsimpuls, konstanter Impulshöhe, dessen Impulsbreite T1 (Figur 5a) bzw. T2 (Figur 5b) vom zeitlichen Abstand der von einem Abtastimpuls ausgelösten Schaltspannungen Usi und U52 gebildet wird. Beim Rechtslauf wird der Schwellwertschalter 28- von den steilen Flanken 22 eingeschaltet und vom Fußteil der gestuften Flanke 23 ausgeschaltet, so daß beim Rechtslauf der Scheibe 2 am Ausgang des Schwellwertschalters 28 verhältnismässig breite Impulse 30 als Ausgangssignal entstehen. Beim Linkslauf der Scheibe 2 dagegen wird der Schwellwertschalter 28 vom Kopfteil der gestuften Flanke 23 der Abtastimpulse 21 eingeschaltet und von der steilen Flanke 22 ausgeschaltet, so daß am Ausgang 29 des Schwellwertschalters 28 verhältnisinäßig schmale Impulse 31 als Ausgangssignal für den Linkslauf entstehen.This results in the output 29 of the threshold switch 28 for each Sampling pulse an output pulse, constant pulse height, the pulse width of which is T1 (Fig 5a) or T2 (FIG. 5b) from the time interval of the triggered by a sampling pulse Switching voltages Usi and U52 is formed. When running clockwise, the threshold switch is 28- switched on by the steep flanks 22 and by the foot of the stepped flank 23 turned off, so that when the disc 2 rotates clockwise at the output of the threshold switch 28 relatively wide pulses 30 arise as an output signal. When running counterclockwise of the disk 2, however, the threshold value switch 28 of the head part of the stepped Edge 23 of the sampling pulses 21 switched on and switched off by the steep edge 22, so that at the output 29 of the threshold switch 28 relatively narrow pulses 31 arise as an output signal for counterclockwise rotation.

Die Ausgangssignale 30 oder 31 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Integrationsschaltung 32 zugeführt, die aus den Ausgangssignalen der Schwellwertschaltung an ihren beiden Ausgängen 33 und 34 drehzahlunabhängige Kennungssignale UR für den RechtsLauf und UL für den Linkslauf erzeugt. Diese beiden Ausgangssignale steuern beispielsweise eine weitere Anzeigeeinrichtung 35.The output signals 30 or 31 are in the illustrated embodiment an integration circuit 32 which is derived from the output signals of the threshold value circuit at its two outputs 33 and 34 speed-independent identification signals UR for the Clockwise rotation and UL generated for counter-clockwise rotation. Control these two output signals for example a further display device 35.

Claims (7)

Patentansprüche 01 Bewegungsrichtungsgeber für ein antreibbares mechanisches Element mit einem an dem mechanischen Element angebrachten Impulsgeber, einer Impulsabtasteinrichtung und einer Impulsauswertschaltung, d a d u r c h gek e n n z ei c h ne t, daß die nach der einen Bewegungsrichtung (R) hinweisende erste Flanke (22) der Impulse des Impulsgebers (2) steil ausgebiLdet ist und die nach der anderen Bewegungsrichtung weisende zweite Impulsflanke (23) am Fußteil (25) des Impulses wesentlich weiter von der ersten Impulsflanke des Impulses entfernt ist als am Kopfteil (24) des Impulses und daß die der Impulsabtasteinrichtung (7) nachgeschaltete Impulsauswertschaltung (11) bei einem der Breite (T1) des Fußteils der Impulse des Impulsgebers entsprechenden Impuls-/Pause-Verhältnis ein erstes Ausgangssignal (UR) erzeugt und bei einem der Breite (T2) des Kopfteils dieses Impulses entsprechenden Impuls-/Pause-Verhältnis ein zweites Ausgangssignal (UL) erzeugt 2. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Impulsauswertschaltung (11) einen Hysteresis-Schwellwertschalter (28) enthält, der bei überschreiten eines im Bereich des Kopfteils (24) der abgetasteten Impulse (20, 21) liegenden ersten Schwellwertes (U zu einschaltbar und bei überschreiten eines im Bereich des Fußteils (25) der abgetasteten Impulse liegenden zweiten Schwellwertes (Us2) ausschaltbar ist. Claims 01 movement direction generator for a drivable mechanical Element with a pulse generator attached to the mechanical element, a pulse scanning device and a pulse evaluation circuit, that is, that the after the first flank (22) of the pulses of the one direction of movement (R) indicating Pulse generator (2) is steeply formed and that in the other direction of movement Pointing second pulse edge (23) at the foot part (25) of the pulse much further away from the first pulse edge of the pulse than at the head part (24) of the pulse and that the pulse evaluation circuit connected downstream of the pulse scanning device (7) (11) at one of the width (T1) of the foot part of the pulses from the pulse generator Pulse / pause ratio generates a first output signal (UR) and at one of the Width (T2) of the head part of this pulse corresponding to the pulse / pause ratio a second output signal (UL) generated 2. direction of movement transmitter according to claim 1, that the pulse evaluation circuit (11) a hysteresis threshold switch (28) contains which at exceed one in the area of the head part (24) of the scanned pulses (20, 21) first threshold value (U can be switched on and when one is exceeded in the range of the Foot part (25) of the scanned pulses lying second threshold value (Us2) can be switched off is. 3. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine dem Hysteresisschwellwertschalter (28) nachgeschaltete Integrationsschaltung (32), die die Ausgangssignale (30, 31) des Hysteresisschwellwertschalters integriert und für die beiden gewinnbaren Integrationswerte (U21, U22) je ein Ausgangssignale (URÆ UL) erzeugt.3. Direction of movement according to claim 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h an integration circuit connected downstream of the hysteresis threshold switch (28) (32), which integrates the output signals (30, 31) of the hysteresis threshold switch and one output signal each for the two integration values (U21, U22) that can be obtained (URÆ UL) generated. 4. Bewegungsrichtungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Impulsgeber ein am antreibbaren mechanischen Element (1) angebrachte Rasterskala (3) mit abtastbaren Rasterelementen (4, 14) ist 4. direction of movement transmitter according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the pulse generator is one of the drivable mechanical element (1) attached grid scale (3) with scannable grid elements (4, 14) is 5. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 4, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine auf einer drehbaren Achse angebrachte Scheibe (2) mit abtastbaren Rasterelementen (4, 14).5. Direction of movement according to claim 4, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h a disc (2) mounted on a rotatable shaft with scannable Grid elements (4, 14). 6. Bewegungsrichtungsgeber nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h gek e n n z ei c h ne t, daß die Rasterelemente (4) auf der nach der einen Bewegungsrichtung (R) weisenden Seite in ihrer abtastbaren Intensität (18) wenigstens einmal gestuft sind (12,13).6. Direction of movement according to claim 4 or 5, d a d u r c h gek E n n z ei c h ne t that the grid elements (4) on the one direction of movement (R) pointing side in their scannable intensity (18) graded at least once are (12,13). 7. Bewegungsrichtungsgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rasterskala eine von einer Lichtquelle durchleuchtbare Platte (3) ist, auf der die Rasterelemente Elemente (13, 14) einer gegenüber der Lichtdurchlässigkeit der Platte wesentlich abweichenden Lichtdurchlässigkeit sind, und daß die Impulsabtasteinrichtung (7) ein optoelektrischer Wandler (9) ist7. direction of movement transmitter according to one of claims 4 to 6, d a d u r c h e k e nn n n n e i n e t that the grid scale is one of a light source Translucent plate (3) is on which the grid elements (13, 14) a compared to the light permeability of the plate significantly different light permeability are, and that the pulse scanning device (7) is an opto-electrical converter (9)
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