DE3441429A1

DE3441429A1 - Optischer drehcodierer

Info

Publication number: DE3441429A1
Application number: DE19843441429
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Hirakata Osaka Mishina; Yoshimitsu Settsu Osaka Nakamura; Kazuhisa Shijonawate Osaka Takahashi
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1985-05-23
Also published as: IT8449163A1; CH667152A5; US4593269A; JPS60107520A; IT1178234B; IT8449163A0; DE3441429C2

Description

PRINZ, LEISER₂ BUNKE.& PARTNER

Patentanwälte ; European Paient .Allqrrreys

München ' "" - Stuttgart ^; 3441429

13. November 1984

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD.
1048, Oaza-Kadoma, Kadoma-shi
Osaka 571 / Japan

Unser Zeichen: M 1621

Optischer Drehcodierer

Die Erfindung betrifft einen optischen Drehcodie^er zur optischen Erfassung einer Drehstellung eines Gegenstandes,

Derartige Codierer oder Drehmelder weisen eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, einen Lichtsender und einen Lichtempfänger auf, die in dem Gehäuse einander gegenüber derart angeordnet sind, daß auf den Lichtempfänger ein Lichtstrahl fällt, der von der Lichtquelle ausgeht und durch Schlitze in einer ortsfesten, zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger angeordneten Platte sowie in einer auf der Welle befestigten Drehscheibe hindurchtritt. Diese Codierer werden zur Erfassung des Drehwinkels der Welle verwendet, die fest mit einem rotierenden Gegenstand verbunden ist, dessen Drehbewegung in einem Meß- oder Steuersystem erfaßt werden soll.

Zur Erfassung des Drehwinkels eines rotierenden Gegenstandes wurden bisher verschiedenartige Vorrichtungen angewendet, z.B. optische oder magnetische Detektoren, Kontaktdetektoren oder elektrostatische Kapazitätsdetektoren. Ein herkömmlicher optischer Drehwinkelmelder oder Drehcodierer ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt. Bei diesem Codierer ist eine Detektorwelle SS über Lager BR1 und BR2, die in einen von einem Gehäuse CS umgebenen Block BD eingesetzt sind, drehbar gelagert. Die beiden Lager BR1 und BR2 sind im Abstand voneinander angeordnet. An dem innenseitigen Ende der Detektorwelle SS ist eine Drehschlitzscheibe RD drehfest angeschlossen, so daß sie im Inneren eines Hohlraumes CV des Blocks BD drehbar ist. Ein Lichtsendeelement EE ist am Boden des Hohlraumes CV angebracht. Eine feststehende Schlitzplatte EP ist gegenüber der Drehschlitzplatte RD angeordnet, ebenso wie ein Lichtempfängerelement RE, welches dem Lichtsendeelement EE gegenüber angeordnet ist, wobei zwischen ihnen die beiden Schlitzplatten RD und FP angeordnet sind. Das Lichtempfängerelement RE und die feststehende Schlitzplatte FP sind auf einer gedruckten Schaltungsplatte PB montiert, die ihrerseits am Block BD befestigt ist, um dessen Hohlraum CV zu verschließen. Eine Lichtsignal-Verarbeitungsschaltung, die auf der gedruckten Schaltungskarte PB aufgebaut ist, erzeugt auf einer Ausgangsleitung OL Signale, welche die Drehstellung der Detektorwelle SS angeben.

Bei einer solchen Anordnung wird ein von dem Lichtsenderelement EE ausgehender und gegen das Lichtempfängerelement RE gesendeter Lichtstrahl von letzterem jedesmal empfangen, wenn einer der Schlitze am Umfang der Drehschlitzscheibe RD, die mit der Welle mitgedreht wird, mit einem Schlitz der feststehenden Schlitzplatte FP vor dem Lichtempfängerelement RE fluchtet, wodurch dann ein entsprechendes Signal in dem Lichtempfängerelement RE erzeugt wird. Dieses Signal wird von der Signalverarbeitungsschaltung so verarbeitet, daß der Drehwinkel der

Detektorwelle SS und folglich die Drehstellung eines überwachten Gegenstandes gemeldet wird, der an dem anderen Ende der Detektorwelle SS angebracht ist.

Bei einer solchen Anordnung ist die Detektorwelle SS in den beiden Lagern DR1 und DR2 gelagert, welche auf der einen bzw. anderen Seite des Blockes BD eingesetzt sind. Ferner liegt das optische System, welches das Lichtsenderelement EE, die Drehschlitzscheibe RD, die feststehende Schutzplatte FP und das Lichtempfängerelement RE umfaßt, auf einer Linie, die sich über das innenseitige Ende der Welle SS hinaus in den Hohlraum CV des Blockes BD hineinerstreckt, der durch die gedruckte Schaltungskarte PB abgeschlossen ist. Aufgrund dieser Ausbildung besteht der Mangel, daß die axiale Länge des Codierers relativ groß ist und kaum eine Verkleinerung möglich ist, da sie wenigstens gleich der Summe aus dem Abstand zwischen den Lagern BR1 und BR2, der erforderlichen Tiefe des Hohlraumes CV für das optische System und den notwendigen Abstand von der Schaltungskarte PB bis zum Ende des Gehäuses CS zur Aufnahme der verschiedenen Teile der Signalverarbeitungsschaltung sein muß. Da ferner die gedruckte Schaltungskarte PB, welche die feststehende Schlitzplatte FP trägt, an dem offenen Ende des Blocks BD mittels Schrauben befestigt ist, ist es nach der Befestigung nicht mehr möglich, die Lage des Schlitzes der feststehenden Schlitzplatte FP in bezug auf das Lichtempfängerelement RE einzustellen. Damit die feststehende Schlitzplatte FP zwischen dem Element RE und der Drehschlitzplatte RD mit hoher Phasendifferenz-Genauigkeit angeordnet ist, um eine hohe Auflösung zu erzielen, müssen die entsprechenden Teile daher mit hoher Genauigkeit gefertigt werden, was ein Hauptfaktor für hohe Herstellungskosten ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen optischen Drehcodierer zu schaffen, der einen minimalen Raumbedarf besitzt, dessen Bestandteile sehr einfach

angeordnet und ausgebildet sind und insbesondere keine hohe Fertigungsgenauigkeit erfordern, wobei trotz erleichterter und wirtschaftlicher Montage eine hohe Auflösung angestrebt wird, die durch einstellbare Schlitzpositionierung für eine hohe Phasendifferenz-Genauigkeit erreicht werden soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Drehcodierer ist eines der zwei Lager der Detektorwelle in einem scheibenförmigen Teil eines Körpers angeordnet, der einen zylindrischen Teil besitzt, welcher einen relativ großen Hohlraum bildet, während das andere Lager in einer Verschlußhaube angeordnet ist, welche an das offene Ende des zylindrischen Teiles angesetzt ist; das innenseitige Ende der in den beiden Lagern gelagerten Detektorwelle ist in dem Lager gehalten, welches in der Verschlußhaube angeordnet ist; eine Drehwinkel-Detektoranordnung, die ein Lichtsenderelement, eine Drehschlitzscheibe, eine feststehende Ring-Schlitzplatte und eine gedruckte Schaltungskarte mit einem Lichtempfängerelement enthält, ist zwischen den beiden Lagern angeordnet; ein die feststehende Ring-Schlitzplatte enthaltender Block ist von der Außenseite der Codiereranordnung her in seiner Lage einstellbar ausgebildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt eines herkömmlichen optischen Drehcodierers;

Fig. 2 einen senkrechten Querschnitt eines optischen Drehcodierers nach einer Ausführungsform der

Erfindung;

Fig. 3 eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer Codierergruppe bei dem Drehcodierer nach Fig. 2;

Fig. 3A eine auseinandergezogene Perspektivansicht eines feststehenden Ring-Schlitzplatte-Trägerblocks

bei dem Drehcodierer nach Fig. 2;

Fig. 3B eine Perspektivansicht des Drehcodierers nach Fig. 2 im halb zusammengesetzten Zustand, bei welchem die Einstellung der Lage des feststehen

den Ring-Schlitzplatten-Blocks der Codierergruppe von der Außenseite her erfolgt,

Fig. 4 Vorderansichten einer Drehschlitzscheibe und einer feststehenden Ring-Schlitzplatte bei dem

Drehcodierer nach Fig. 2;

Fig. 5 eine Teil-Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform einer Verschlußkappe bei dem erfindungsgemäßen Drehcodierer;

Fig. 6 eine Signalverarbeitungsschaltung mit einem Lichtsenderelement und einem Lichtempfängerelement bei dem Drehcodierer nach Fig. 2; 25

Fig. 7 Signalformen eines Ausgangssignals und eines

ursprünglichen Signals bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 6;

Fig. 8 Vorderansichten einer weiteren Ausführungsform der Drehschlitzscheibe und der feststehenden Ring-Schlitzplatte bei dem erfindungsgemäßen Drehcodierer;

Fig. 9 eine vergrößerte Teilansicht der in Fig. 8 gezeigten Drehschlitzscheibe, zur deutlicheren Darstellung der Schlitze;

Fig. 10 Signalformen des Ausgangssignals und des ursprünglichen Signals bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 6, wenn die Drehschlitzscheibe und die feststehende Ring-Schlitzplatte nach Fig. 8 verwendet werden;

Fig. 11 einen Teilquerschnitt im Bereich der Verschlußkappe des Drehcodierers nach Fig. 2 zur Erläuterung der Montage eines Wellenlagers; und 10

Fig. 12 einen Teilquerschnitt im Bereich des feststehenden Ring-Schlitzplatten-Blocks und einer Verschlußkappe bei dem Drehcodierer nach Fig. 2, zur Erläuterung ihrer Montage.

Der in den Figuren 2 und 3 gezeigte, erfindungsgemäße optische Drehcodierer enthält eine Codierer-Baugruppe 10 und ein darauf aufgesetztes Gehäuse 11. Die Codierer-Baugruppe 10 umfaßt einen Körper 12, der vorzugsweise aus Metall hergestellt ist und allgemein schalenförmig ausgebildet ist, mit einem scheibenförmigen Bodenteil und einem zylindrischen Teil 15, der einen relativ großen Hohlraum 14 begrenzt, worin die später im einzelnen beschriebenen Bauelemente aufgenommen sind. Ein erstes Kugellager 17 ist in einer Öffnung 16 in der Mitte des scheibenförmigen Teiles 13 des Körpers 12 montiert und trägt eine Detektorwelle 18 an einem Zwischenbereich derselben, so daß die durch die öffnung 16 in den Hohlraum 14 des zylindrischen Teils 15 eingesetzte Welle um ihre Achse frei drehbar ist. Jegliche Axialverlagerung des Kugellagers 17 wird durch einen E-Ring 20 verhindert, der in eine Umfangsnut der Detektorwelle 18 eingesetzt ist und über einen Abstandshalter 19 am innenseitigen Ende des Lagers 17 zur Anlage kommt.

In den zylindrischen Teil 15 des Gehäuses 12 ist eine Haltescheibe 22 eingesetzt, die in ihrer Mitte eine

Öffnung 21 aufweist, durch welche sich die Detektorwelle 18 hindurch erstreckt. Bei der gezeigten Ausführungsform sitzt die Haltescheibe 22 auf der Innenoberfläche des scheibenförmigen Teiles 13 mit einem oder mehreren Vor-Sprüngen 23 auf, die sich von der einen Stirnfläche der Haltescheibe 22 aus erstrecken und in entsprechende Aussparungen 24 in der Innenoberfläche des scheibenförmigen Teils 13 eingesetzt sind. Die Haltescheibe 22 ist mit einem Loch 25 versehen, in dem ein Lichtsenderelement 26 aufgenommen ist, insbesondere eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED), wobei die Lichtaustrittsseite des Lichtsenderelementes 26 geringfügig gegenüber der anderen Stirnfläche der Haltescheibe 22 zurückversetzt ist. Die Detektorwelle 18 trägt eine Hülse 27, die auf die Detektorwelle 18 an deren Stelle aufgesetzt ist, die sich im Inneren des zylindrischen Teils 15 des Körpers 12 befindet. Die Montage erfolgt durch Einpressen der Detektorwelle 18 in das axiale Loch der Hülse 27. Eine Drehschlitzscheibe

28 ist an der Hülse 27 befestigt und erstreckt sich in einer zur Welle 18 senkrechten Ebene. Sie ist an einem radialen Flansch der Hülse 27 durch ein Befestigungsteil

29 befestigt, so daß sie drehfest mit der Welle verbunden ist.

Ein feststehender Ring-Schlitzplatten-Block 30 ist im Inneren des zylindrischen Teils 15 des Körpers 12 angeordnet. Die Detektorwelle 18 erstreckt sich durch eine Axialöffnung in dem Block 30 hindurch, der dem Lichtsenderelement 26 unter Zwischenfügung der Drehschlitzscheibe 28 gegenüber angeordnet ist. Dieser Block 30 umfaßt eine feststehende Ring-Schlitzplatte 31, einen Scheibenblock 32 und eine gedruckte Schaltungskarte 33, die jeweils mit einem mittigen Loch zur Bildung der axialen Öffnung des Blocks 30 versehen sind. Die feststehende Ring-Schlitzplatte 31 ist an der einen Oberfläche des Scheibenblocks 32 auf der dem Element 26 gegenüberliegenden Seite befestigt, vorzugsweise durch Einsetzen von

Vorsprüngen an denn Schoibcnblock 3 2 in entsprechende Löcher, die in der Ring-Schlitzplatte 31 angebracht sind. Die gedruckte Schaltungskarte 33 ist auf der anderen Oberfläche des Scheibenblocks 32 befestigt und im Abstand von dieser durch Abstandshaltervorsprünge 34 und 34a des Scheibenblocks 32 gehalten. Vorzugsweise ist die gedruckte Schaltungskarte 33 an dem Scheibenblock 32 ebenfalls befestigt, indem herausragende Stifte an den Abstandshaltervorsprüngen des Scheibenblocks 3 2 in entsprechende Löcher der gedruckten Schaltungskarte 33 eingesetzt sind, wie im Falle der feststehenden Ring-Schlitzplatte. 31 (vgl. Fig. 3A).

Wie besonders deutlich aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist

IB die Drehschlitzscheibe 28 versehen mit mehreren, über ihren gesamten Umfang verteilten Stellungsmelderschlitzen 28a und einem einzigen Loch 28b zur Meldung einer Ursprungsstellung, wobei dieses Loch 28b radial innenseitig angeordnet ist. Die feststehende Ring-Schlitzplatte 31 ist mit einer geringeren Anzahl von Stellungsmelderschlitzen 31a versehen, die ebenfalls an ihrem Umfang angebracht sind, jedoch sich nur über einen kleinen Teil der gesamten Umfangslänge erstrecken; radial innenseitig ist ferner ein Loch 31b vorgesehen, das eine Ursprungsstellung meldet. Die Schlitze 31a sind in zwei Gruppen unterteilt, deren Phasenlage in bezug auf die Mitte der Platte 31 verschieden ist. Es wird erneut auf Fig. 3A Bezug genommen. Der Scheibenblock 32 ist mit zwei durch ihn hindurchführenden Stellungsmelderlöchern 32a versehen, die an Stellungen angebracht sind, deren radiale Lage den Schlitzen .31a der Platte 31 entspricht; ferner ist er mit einem durch ihn hindurchführenden, die Ursprungsstellung signalisierenden Loch 32b versehen, das in gleicher Weise dem Loch 31b entspricht.

Wenn der Block 30 mit der genannten Anordnung zusammengebaut wird, befinden sich die jeweiligen Stellungsmelderschlitze und -löcher 28a, 31a und 32a sowie die

Ursprungsstellung-Meldelöcher 28b, 31b und 32b in Gegenüberstellung zu dem Lichtsenderelement 26 und in radialer Stellungsrelation zur Achse der Detektorwelle 18. Die gedruckte Schaltungskarte 33 ist mit zwei Stellungsmelder-Lichtempfängerelementen 33a versehen, die gegenüber den Löchern 32a des Scheibenblocks 32 angeordnet sind, sowie mit einem Ursprungsstellung-Melder-Lichtempfängerelement 33b versehen, welches gegenüber dem Loch 32b angeordnet ist. Die Lichtempfängerelemente sind beispielsweise Fotodioden. Mit der weiter unten beschriebenen Schaltung auf der Schaltungskarte 33 sind, beispielsweise durch Löten, Anschlußdrähte 26a des Lichtsenderelementes 26 verbunden, die sich aus der Haltescheibe 22 und dem Block 30 herauserstrecken, vorzugsweise im Umfangsbereich.

Eine Verschlußkappe 35 ist am offenen Ende des zylindri-* sehen Teils 15 des Körpers 12 befestigt, beispielsweise durch Verstemmen des Endrandes des Teiles 15 mit einem konusförmigen Stemmwerkzeug oder dergleichen. Eine oder mehrere V-förmige Kerben 36 sind in der sich verjüngenden Umfangsrandoberflache der Verschlußkappe 35 vorgesehen, wie in Fig. 5 gezeigt, so daß der verstemmte Rand des zylindrischen Teils 15 in die Kerben 36 eindringt, damit die Verschlußhaube 35 drehfest gesichert ist. Die Verschlußhaube 35 ist in ihrer Mitte mit einer öffnung 37 versehen. Ein zweites Kugellager 38 ist in der öffnung 37 montiert und dient zur drehbaren Lagerung des innenseitigen Endes der Detektorwelle 18. Die axial zentrierte Lage der Detektorwelle 18 in dem zylindrischen Teil 15 wird durch die Lagerung mittels des ersten Kugellagers 17 und des zweiten Kugellagers 38 gesichert. Das äußere Ende der Öffnung 37 in der Verschlußkappe 35 ist mit einem Gewinde versehen, und ein Schraubring 39 ist in diesen Teil der öffnung 37 so eingeschraubt, daß er in einstellbare Anlage am Außenende des Kugellagers 38 kommt. Eine Axialverschiebung des Kugellagers 38 wird durch einen E-Ring 41 verhindert, der in eine Umfangsnut

-Vd-

der Welle 18 eingesetzt ist und über einen Abstandshalter 40 am innenseitigen Ende des Kugellagers 38 in Anlage kommt. Wenn der Schraubring 39 fest gegen das zweite Kugellager 38 angepreßt wird, können die Axialverlagerung des Kugellagers 3 8 und der Detektorwelle 18 sowie gegebenenfalls des ersten Kugellagers 17 leicht verhindert werden.

Wie besonders deutlich aus Fig. 3B hervorgeht, ist der zylindrische Teil 15 an geeigneter Stelle mit einem oder mehreren Einstellschlitzen 43 versehen, durch die hindurch ein Einstellwerkzeug 42 von der Außenseite her in den zylindrischen Teil 15 eingeführt werden kann, um die Winkelstellung des feststehenden Ring-Schlitzplatten-Blocks 30 einzustellen. Zu diesem Zweck ist dieser Block 30 durch Reibung zwischen der Scheibe 22 und der Haube in Stellung gehalten, um eine Axialdrehung unter Reibungswirkung zu erhalten. Das über die Verschlußhaube 35 auf den zylindrischen Teil 15 des Körpers 12 aufgesetzte Gehäuse 11 ist mit einer Kabelmuffe 44 versehen, durch die hindurch ein Kabel 45 luftdicht geführt ist. Die Stromversorgungs-und Ausgangsleitungen 46 des Kabels 45 sind an die gedruckte Schaltungsplatte 33 angeschlossen.

Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 die Signalverarbeitungsschaltung beschrieben, welche das Lichtsenderelement 26 sowie die Lichtempfängerelemente 33a und 33b enthält. In der Zeichnung sind das Lichtsenderelement 26 sowie die Lichtempfängerelemente 33a als einzige derartige Elemente dargestellt, bei anderen Ausführungsformen können mehrere von ihnen vorgesehen sein. Das Lichtsenderelement 26 ist an seinem einen Anschluß mit einem Widerstand 47 verbunden, der seinerseits an seinem anderen Anschluß mit Masse verbunden ist, während an den anderen Anschluß des Lichtsenderelementes 26 eine Spannungsquelle V angeschlossen ist, damit das Element 26 Licht

CC

aussendet. Das Lichtempfängerelement 33a, auf dem ein

Lichtstrahl durch die Schlitze der Drehscheibe 28 und der feststehenden Ring-Schlitzplatte 31 hindurchfällt, wird an seinem einen Anschluß mit der Betriebsspannung

V versorgt und ist an seinem anderen Anschluß mit cc

einem Widerstand 48 verbunden, der seinerseits an seinem anderen Anschluß mit Masse verbunden ist. Wenn also der Lichtstrahl auf das Lichtempfängerelement 33a trifft, wird über den Widerstand 48 eine Ausgangsspannung erzeugt, die an einen Eingangsanschluß eines Komparators 49 angelegt wird. Da dieser Komparator 49 ferner an seinem anderen Eingangsanschluß eine Referenzspannung empfängt, kann eine Schmitt-Triggerschaltung 50, die den Komparator 49 enthält, ein rechteckförmiges Positionssignal V erzeugen, dessen Tastverhältnis 50% beträgt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, wobei dieses Signal von der durch den Referenzpegel gegebenen Basis abhängt.

Es wird nun die Arbeitsweise des oben beschriebenen optischen Drehcodierers kurz beschrieben. Wenn die Detektorwelle 18 gedreht wird, welche an einen drehbaren Gegenstand angekoppelt ist, dessen Drehstellung erfaßt werden soll, beispielsweise in einem Steuermechanismus ainer automatischen Produktionsmaschine, wird auch die Drehschlitzscheibe 28 relativ zu der feststehenden Ring-Schlitzplatte 31 verdreht. Unter der Voraussetzung, daß die Drehschlitzscheibe 28 und die Ring-Schlitzplatte dieselbe Anzahl von Stellungsmeldeschlitzen aufweisen, z.B. 16, fällt das Licht vom Lichtsenderelement 26 nach Durchqueren des Loches 32a im Scheibenblock 32 auf dem Lichtempfängerelement 33a im wesentlichen in Form von seriellen 4 Bit-Signalen auf. Da ferner die Drehschlitzscheibe 28 und die Ring-Schlitzplatte 31 mit dem Ursprungs stellung-Melde loch 28b bzw. 31b versehen sind, empfängt das andere Lichtempfängerelement 33b einen Lichtstrahl durch das Loch 32b des Scheibenblocks 32 hindurch, und zwar bei jeder 360°-Drehung der Drehschlitzscheibe 28. Im Ergebnis erzeugt die in Fig. 6

if, '" ^: 3UH29

-u-

gezeigte Signalverarbeitungsschaltung ein Positionssignal V und ein Ursprungssignal V₀, die in Fig. 7 gezeigt sind. Wenn das Positionssignal V_ durch eine bekannte arithmetische Schaltung mit dem Ursprungssignal V₀ verknüpft wird, können der Drehwinkel der Detektorwelle 18 und folglich die Drehstellung des Gegenstandes erfaßt werden.

Bei einer anderen, in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform sind mehrere Ursprungsstellung-Meldelöcher 128b und 131b in einer Drehschlitzscheibe 128 bzw. ortsfesten Ring-Schlitzplatte 131 vorgesehen, wobei diese Löcher im wesentlichen in gleicher Weise angeordnet sind, wie in Fig. 9 vergrößert dargestellt. Wie in der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Ursprungsstellung-Meldelöcher 128b (bzw. 131b), von denen hier vier gezeigt sind, in Radialrichtung gestreckt ausgebildet und haben eine Umfangsbreite T und variable Umfangsabstände voneinander, die von T auf 2T und 3T zunehmen. Bei der Drehung dieser Löcher 128b der Scheibe 128 relativ zu diesen Löchern 131b der feststehenden Ringplatte 131 ergibt sich, daß das Lichtempfängerelement 33b für die Meldung der Ursprungsstellung ein steil ansteigendes Ausgangssignal V₀₁ und eine niedrige Ausgangsspannung V₀ „ erzeugt, wie in Fig. 10 gezeigt, wobei die Ausgangs spannung V₁ wesentlieh größer ist als die Ausgangsspannungen V₀^. Wenn also die Ausgangsspannung V₀₁ den Pegel P hat, haben die AusgangsSpannungen V_o~ nur den Pegel von etwa P/4. Wenn dann der Vergleichs-Referenzpegel auf P/2 eingestellt wird, so daß ein Ursprungsstellungs-Signal bei jeder Drehung der Scheibe 128 erhalten werden kann, wird das in Fig. 10 als V_Q dargestellte Rechtecksignal erhalten, das durch Signalformung aus dem steilen Ausgangssignal V₀₁ beim Pegel P/2 entstanden ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4, wo die Umfangsbreite der Löcher 28b und 31b groß ist, damit relativ viel Licht empfangen wird, besteht in der Praxis die Gefahr, daß aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur, langfristigen

Veränderungen der Bestandteile des Codierers und dergleichen der Pegel des durch das empfangene Licht erzeugten Ausgangssignals den Pegel der Referenzspannung nicht überschreitet. Wenn die die Ursprungsstellung meldenden Löeher in der in Fig. 8 und 9 gezeigten Weise ausgebildet werden, kann hingegen das Ursprungsstellungs-Signal V_Q zuverlässig erhalten werden, weil der Pegelanstieg des Ausgangssignals V_Q1 sehr groß gemacht werden kann. Wenn beispielsweise in der Drehschlitzscheibe 128 und in der feststehenden Ring-Schlitzplatte 131 jeweils sechs dieser Löcher 128b bzw. 131b vorgesehen sind, so ist leicht ersichtlich, daß die Umfangsabstände zwischen den entsprechenden Löchern 128b oder 131b sequentiell vergrößert werden und T, 2T, 3T, 5T bzw. 7T betragen, wobei die !reite jedes Loches gleich T ist.

Es folgt nun auch eine kurze Erläuterung des Zusammenbaus des erfindungsgemäßen Drehcodierers. Das erste Kugellager 17 wird in die Öffnung 16 der Haltescheibe 22 eingesetzt; dann wird die Haltescheibe 22, in der das Lichtsenderelement 26 bereits montiert ist, fest an der innenseitigen Bodenfläche des scheibenförmigen Teils 13 angebaut und erforderlichenfalls durch Befestigungsschrauben gesichert. Dann wird die Detektorwelle 18, auf der die Drehschlitzscheibe 28 über die Hülse 27 und das Sicherungsteil 29 bereits befestigt ist, mit ihrem Außenende in das erste Kugellager 17 eingeschoben. Damit die Hülse 27, wenn die Detektorwelle 18 zuvor bereits in diese eingeschoben wurde, nicht deformiert wird und die Stellung der Drehschlitzscheibe 28 nicht verändert wird, wird das Loch in dieser Hülse 27 zum Einschieben der Welle auf der einen Axialseite mit größerem Durchmesser als der Wellendurchmesser ausgebildet. Wenn die Detektorwelle 18 in das erste Kugellager 17 eingeschoben ist, gewährleisten der Abstandshalter 18 und der E-Ring 20 auf der Welle 18, daß das Kugellager 17 richtig in Stellung ist.

Dann wird der feststehende Ring-Schlitzplatten-Block 30 in Anlage an die innenseitige Stirnfläche der Haltescheibe 22 gebracht, die Verschlußkappe 35 mit dem zweiten Kugellager 38 in ihrer Öffnung 37 wird über das innenseitige Ende der Detektorwelle 18 und die entsprechende Seite des Blocks 30 aufgesetzt, so daß die Detektorwelle in das Kugellager 38 eingesetzt ist, und schließlich wird das offene Ende des zylindrischen Teils 15 des Körpers 12 verstemmt, um die Verschlußkappe 35 daran zu befestigen. Die Ringschraube 39 wird in den Gewindeteil des Lochs 37 der Verschlußkappe 3 5 eingeschraubt, um das zweite Kugellager 38 von der Außenseite der Verschlußkappe 35 her einzuspannen, wie zuvor bereits erwähnt wurde, wobei ein Spiel "g" zwischen dem Lager 38 und einem gestuften Teil der Detektorwelle 18, wie in Fig. 11 gezeigt, beseitigt wird, wodurch jegliche Axialverlagerung zwischen der Welle 18 und den mit ihr zusammenwirkenden Teilen verhindert wird.

Um eine vorbestimmte Phasendifferenz in der Signalform des Ausgangssignals zu erzeugen, muß die Winkelstellung der feststehenden Ring-Schlitzplatte 31 in bezug auf die Drehschlitzplatte 28 und den Lichtstrahl geeignet eingestellt werden; die gewünschte Phasendifferenz kann erhalten werden, indem der Block 30 verdreht wird, während die Phasendifferenz des Ausgangssignals der Lichtempfängerelemente beobachtet wird, während das Lichtsenderelement 26 einen Lichtstrahl abgibt, um so die Winkel-Relativstellung zwischen der feststehenden Ring-Schlitzplatte 31 und der Drehschlitzplatte 28 einzustellen.

Nach dieser Einstellung kann der Block 30 in der betreffenden Winkelstellung festgelegt werden, indem ein scharf zugespitztes Ende einer Feststellschraube in den Block eingedreht wird, wobei diese Feststellschraube in der in Fig. 12 gezeigten Weise durch die Verschlußkappe 35 hindurch eingedreht werden kann. Bezüglich des von dem Lichtsenderelement 26 ausgehenden Lichtstrahls kann so

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-VS-

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die geeignete Ausrichtung der Schlitze 28a und des Lochs 28b der Drehschlitzscheibe 28, der Schlitze 31a und des Lochs 31b der feststehenden Ring-Schlitzplatte 31, der durchführenden Löcher 32a und 32b des Scheibenblocks 32 sowie der Lichtempfängerelemente 33a und 33b erhalten werden, um ein Ausgangssignal mit der vorbestimmten gewünschten Phasendifferenz zu erhalten. Da das Lichtsenderelement 26 in dem Aufnahmeloch 25 der Haltescheibe derart angeordnet ist, daß sein verjüngtes Ende gegenüber d·* Rand des Loches 25 zurückversetzt ist, wird der von diesem Element 26 abgegebene Lichtstrahl, der auch in Radialrichtung gestreut wird, an der inneren Umfangsoberflache dieses Loches 25 reflektiert, so daß der aus dem Loch 25 austretende Lichtstrahl konzentriert wird, um die von den Lichtempfängerelementen zu empfangende Licht-Menge zu vergrößern.

Nach der beschriebenen Montage der Codierer-Baugruppe wird das Gehäuse 11, durch welches das Kabel 45 hindurchführt, über die Verschlußkappe 35 auf den Körper 12 aufgeschoben, so daß es den zylindrischen Teil 15 des Körpers 12 umgibt, wobei vorzugsweise am vorderen Ende /des Gehäuses 11 ein nach innen vorspringender Teil in eine Rille eindringt, die am Umfang des scheibenförmigen Teils 13 angebracht ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

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Claims

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Patentanwälte -.'. Eur'opea.r:. Patent -Attorneys . . _

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Patentansprüche

Optischer Drehcodierer, bei dem eine Detektorwelle durch zwei Lager in einem Körper gelagert ist, in dem ein Lichtsenderelement angeordnet ist, mit einer Drehschlitzscheibe, die entlang ihrem Umfang mit Stellungsmelderschlitzen und wenigstens einem Ursprungsstellung-' Meldeloch versehen ist, gegenüber dem Lichtsenderelement angeordnet und auf der Detektorwelle befestigt ist, mit einer feststehenden Schlitzplatte, die entlang ihrem Umfang mit Stellungsmeldeschlitzen und wenigstens einem Ursprungsstellung-Meldeloch versehen ist sowie gegenüber der Lichtsendereinrichtung angeordnet ist, wobei sich die Drehschlitzscheibe dazwischen befindet, und mit einer Lichtempfängereinrichtung, die auf einer gedruckten Schaltungskarte angeordnet ist und Licht von der Lichtsendereinrichtung durch die Stellungsmeldeschlitze und die Ursprungsstellung-Meldelöcher wenigstens der Drehschlitzplatte und der feststehenden Schlitzplatte hindurch empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsendereinrichtung (26), die Drehschlitzplatte (28) und die feststehende Schlitzplatte (31) sowie die gedruckte

_2_

Schaltungskarte mit der Lichtempfängereinrichtung (33a, 33b) zwischen den beiden Lagern (17, 38) angeordnet sind.

2> Drehcodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) einen scheibenförmigen Teil (13) und einen zylindrischen Teil (15) umfaßt, worin ein Hohlraum (14) gebildet ist, daß der zylindrische Teil (15) an seinem offenen Ende durch eine Verschlußkappe (35) verschlossen ist und daß die zwei Lager (17, 38) jeweils als Kugellager ausgebildet sind, von denen das eine in der Mitte des scheibenförmigen Teils (13) und das andere in der Mitte der Verschlußkappe (35) angeordnet ist.

IB 3. Drehcodierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Schlitzplatte (31) mit der gedruckten Schaltungskarte (33) einteilig verbunden ist durch einen Scheibenblock (32) , der mit hindurchführenden Löchern versehen ist, um den Lichtstrahl von der Lichtsendeeinrichtung (26) durch die Stellungsmeldeschlitze und Ursprungsstellung-Meldelöcher in der Drehschlitzscheibe (28) und in der feststehenden Schlitzscheibe (31) zu dem Lichtempfängerelement (33a, 33b) hindurchzulassen, daß der Scheibenblock (32), die feststehende Schlitzplatte (31) und die gedruckte Schaltungskarte (33) als ein Teil um ihre Achse verdrehbar sind und daß der zylindrische Teil (15) des Körpers (12) wenigstens einen Schlitz oder eine Öffnung (43) aufweist, um eine Verdrehung des Scheibenblocks (32) mit der Schlitzplatte (31) und der gedruckten Schaltungskarte

(33) von der Außenseite her zur Einstellung der relativen Winkelstellung gegenüber der Drehschlitzscheibe (28) zu ermöglichen.

4. Drehcodierer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere der Ursprungsstellung-Meldelöcher in der Drehschlitzscheibe (28) und

in der feststehenden Platte (31) vorgesehen sind und die Abstände zwischen diesen Löchern sowohl in der Drehschlitzscheibe (28) als auch in der feststehenden Schlitzplatte (31) fortschreitend größer werden und jeweils ein Primzahl-Vielfaches der Breite eines Loches betragen.

5. Drehcodierer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschlitzscheibe (28) auf der Detektorwelle (18) mittels einer Haltehülse (27) montiert ist, die auf der durch ihr axiales Loch hindurchgehenden Detektorwelle (18) befestigt ist, und daß dieses axiale Loch in Axialrichtung einen Teil aufweist, der einen größeren Durchmesser als die Detektorwelle besitzt.

6. Drehcodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsendereinrichtung (26) in einem Aufnahmeloch (25) einer Haltescheibe (22) aufgenommen ist, die an der innenseitigen Bodenfläche des scheibenförmigen Teils (13) befestigt ist und sich innerhalb des zylindrischen Teils (15) des Körpers (12) befindet, wobei das vordere Ende des Lichtsenderelementes (2.6) , aus dem das Licht austritt, gegenüber dem Mündungsende des AufnähmeIoehes (25) zurückversetzt ist.

7. Drehcodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsenderelement (26) mit Verbindungsdrähten versehen ist, die sich durch die Haltescheibe (22) und den Scheibenblock (32) zu der gedruckten Schaltungskarte

(33) hin erstrecken und dort elektrisch angeschlossen sind.

8. Drehcodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schraubring (39) in der Mitte der Verschlußkappe

(35) eingeschraubt ist und mit dem zweiten Kugellager (38) einstellbar in Eingriff ist.

^CJ. Drehcodiorer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) an einem Teil, welcher dem Scheibenblock (32) gegenüberliegt, mit einer Feststellschraube (51) versehen ist, die durch den Körper (12) hindurchgeschraubt ist und an ihrem Innenende in den Scheibenblock eindringt, um dessen Verdrehung um seine Achse zu verhindern.

10. Drehcodierer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkappe (35) an ihrem Umfang abgeschrägt ist und wenigstens eine Kerbe aufweist und der zylindrische Teil (15) des Körpers (12) an seinem offenen Ende in diese Kerbe hinein verstemmt ist.