DE4034028A1 - Optischer winkelgeber - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Winkelgeber zur
Erfassung des Drehwinkels einer Lochscheibe aufgrund
eines dem Drehwinkel entsprechenden Winkelsignals und
eines den 0°-Winkel angebenden Bezugssignals.
Ein optischer Winkelgeber der genannten Art ist dazu
verwendet worden, um den Kurbelwellenwinkel eines Kraft
fahrzeugmotors zu bestimmen, z. B. im Falle der Steuerung
der Zündpunkteinstellung einer Zündkerze oder im Falle
einer Änderung der Zündpunkteinstellung in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Motors.
Ein bekannter optischer Winkelgeber der genannten Art
ist in Fig. 4 der Zeichnung dargestellt. Er weist ein
Code-Muster C1 zur Bestimmung des Drehwinkels und ein
Code-Muster C2 zur Bestimmung einer Bezugslage auf,
wobei die beiden Code-Muster in zwei konzentrischen
Reihen auf einer Lochscheibe 1 angeordnet sind, so daß
zwei Arten von optischen Impulssignalen entsprechend
erzeugt werden.
Bei dem bekannten Mittelgeber wird Licht von zwei Licht
quellen 51 und 52 über zwei lichtemittierende Lichtlei
ter 53 und 54 zu dem Code-Muster C1 bzw. C2 geleitet.
Die von den Code-Mustern herausgegebenen optischen
Impulssignale werden dann über zwei lichtempfangende
Lichtleiter 55 und 56 gesandt und dann optoelektronisch
durch zugehörige Lichtempfänger 57 und 58 umgewandelt,
wobei ein Winkelsignal S1 und ein Bezugssignal S2 erfaßt
werden.
So wird z. B. in einem Sechs-Zylinder-Motor ein Code-
Muster C2 zur Beurteilung zugehöriger Zylinder gebildet,
so daß das Bezugssignal S2 bei jeder 60°-Drehung der
Lochscheibe 1 herausgegeben wird. Die Zündpunkteinstel
lung wird in Abhängigkeit von der Anzahl der in dem
Winkelsignal S1 enthaltenen Impulse nach der Eingabe des
Impulses des Bezugssignals S2 gesteuert.
Die Welle der Lochscheibe 1 ist mit einer Kurbelwelle
des Motors verbunden, während eine Steuervorrichtung 59,
die mit elektronischen Einheiten, die wärme- oder vibra
tionsempfindlich sind, wie z. B. Lichtquellen 51, 52 und
Lichtempfänger 57, 58, ausgerüstet ist, in einem Armatu
renbrett des Fahrzeugführersitzes in genügendem Abstand
vom Motor angeordnet ist, so daß sie vor direkter Beein
trächtigung durch Wärme oder Vibrationen vom Motor
geschützt ist.
Wenn jedoch die Lichtquellen 51, 52 und die Lichtempfän
ger 57, 58 jeweils zu zweit angeordnet werden, müssen
entsprechende optische Verbinder relativ großen Ausmaßes
zur Verbindung der lichtemittierenden Lichtleiter 53, 54
und der lichtempfangenden Lichtleiter 55, 56 vorgesehen
sein. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Unterbrin
gung der Steuervorrichtung 59 in einem engen Armatu
renbrett.
Da die vom Winkelgeber herausgegebenen optischen Impuls
signale nur aus "1"- und "0"-Signalen bestehen, ist die
Ausbildung von zwei Reihen von Code-Mustern auf der
Lochscheibe 1 erforderlich. Entsprechend müssen zwei
Serien von optischen Systemen zum Erhalt der beiden
Arten von Informationen, d. h. des Winkelsignals und des
Bezugssignals, vorgesehen sein. Dies erfordert eine
doppelte Anordnung von Lichtquellen 51, 52 und Licht
empfängern 57, 58, die eine Verringerung der Größe des
Verbindungsbereiches unmöglich macht.
Mit Zunahme der Anzahl der erforderlichen Vorrichtungen
nimmt auch die Anzahl der benötigten Bauteile entspre
chend zu, so daß die Zusammensetzung des Winkelgebers
aufwendiger wird und die Herstellungskosten zunehmen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
optischen Winkelgeber zu schaffen, mit dem zwei Arten
von Informationen durch ein Winkelsignal und ein Bezugs
signal durch Anordnung einer Reihe von Code-Mustern auf
einer Lochscheibe erhalten werden können, wobei die
Anzahl der benötigten Vorrichtungen reduziert und die
Kosten vermindert werden und wobei die Größe des Ver
bindungsbereichs zwischen den Lichtleitern und einer
Steuervorrichtung reduziert wird.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung kann das
vorgenannte Ziel durch einen optischen Winkelgeber
erreicht werden, bei dem ein Winkelsignal und ein den
0°-Winkel festlegendes Bezugssignal als optische Impuls
signale in Abhängigkeit vom Drehwinkel einer Lochscheibe
herausgegeben werden und der Drehwinkel der Lochscheibe
aufgrund des Winkelsignals und des Bezugssignals erfaßt
wird, wobei der optische Winkelgeber folgende Teile
aufweist:
eine Lochscheibe mit einer längs ihres Umfangs angeordneten Reihe von Code-Mustern und einem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich zur Herausgabe optischer Signale mit einem höheren Spitzenniveau, die das optische Winkel signal und das optische Bezugssignal zusammen ent halten und einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich mit vermindertem Transmissions- oder Reflexionsgrad zur Herausgabe optischer Signale mit einem niedrigeren Spitzen niveau, die nur das optische Winkelsignal enthal ten, und
einen Signalverarbeitungsbereich, der elektrischen Impulssignalen, die durch optoelektronische Umwand lung der optischen Signale und Wellenformgebung der erzeugten elektrischen Signale aufgrund einer ersten Schwellenspannung für das Winkelsignal, die niedriger als das niedrigere Spitzenniveau einge stellt ist, und einer zweiten Schwellenspannung für das Bezugssignal, die zwischen dem höheren und dem niedrigeren Spitzenniveau eingestellt ist, erhalten werden, eine binäre "1" oder "0" zuordnet, wobei
die Breite des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in Umfangsrichtung enger als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in den Code- Mustern der Lochscheibe ausgebildet ist, so daß die Breite des durch die Wellenformgebung enthaltenen elektrischen Impulssignals bei dem höheren Spitzen niveau mit der Breite des durch die Wellenform gebung erhaltenen elektrischen Impulssignals bei dem höheren Spitzenniveau in Übereinstimmung gebracht ist, wobei beide auf der ersten Schwellen spannung basieren.
eine Lochscheibe mit einer längs ihres Umfangs angeordneten Reihe von Code-Mustern und einem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich zur Herausgabe optischer Signale mit einem höheren Spitzenniveau, die das optische Winkel signal und das optische Bezugssignal zusammen ent halten und einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich mit vermindertem Transmissions- oder Reflexionsgrad zur Herausgabe optischer Signale mit einem niedrigeren Spitzen niveau, die nur das optische Winkelsignal enthal ten, und
einen Signalverarbeitungsbereich, der elektrischen Impulssignalen, die durch optoelektronische Umwand lung der optischen Signale und Wellenformgebung der erzeugten elektrischen Signale aufgrund einer ersten Schwellenspannung für das Winkelsignal, die niedriger als das niedrigere Spitzenniveau einge stellt ist, und einer zweiten Schwellenspannung für das Bezugssignal, die zwischen dem höheren und dem niedrigeren Spitzenniveau eingestellt ist, erhalten werden, eine binäre "1" oder "0" zuordnet, wobei
die Breite des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in Umfangsrichtung enger als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in den Code- Mustern der Lochscheibe ausgebildet ist, so daß die Breite des durch die Wellenformgebung enthaltenen elektrischen Impulssignals bei dem höheren Spitzen niveau mit der Breite des durch die Wellenform gebung erhaltenen elektrischen Impulssignals bei dem höheren Spitzenniveau in Übereinstimmung gebracht ist, wobei beide auf der ersten Schwellen spannung basieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein in Umfangs
richtung der Lochscheibe angeordnetes Code-Muster einen
ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden
Bereich und einen zweiten lichtdurchlässigen oder
lichtreflektierenden Bereich mit vermindertem Trans
missions- oder Reflexionsgrad auf. Entsprechend wird
ein optisches Signal, das ein Winkelsignal und ein mit
diesem überlagertes Bezugssignal aufweist, als ein
optisches Signal bei einem höheren Spitzenniveau von dem
ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden
Bereich herausgegeben, während ein optisches Signal bei
einem niedrigeren Spitzenniveau als Winkelsignal von dem
zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden
Bereich herausgegeben wird.
Die optischen Signale, die zwei Arten von Informationen
bezüglich des Winkelsignals und des mit diesem überla
gerten Bezugssignals enthalten, werden dann optoelek
tronisch umgewandelt, wobei das resultierende elektri
sche Signal anschließend durch Vergleich mit der ersten
und der zweiten Schwellenspannung in eine Impuls-Wellen
form gebracht wird.
Da die erste Schwellenspannung für das Winkelsignal auf
einen bestimmten Wert eingestellt ist, der niedriger ist
als das niedrigere Spitzenniveau, werden alle elek
trischen Impulse als Winkelsignal erfaßt.
Andererseits wird, da die zweite Schwellenspannung für
das Bezugssignal zwischen dem höheren Spitzenniveau und
dem niedrigeren Spitzenniveau eingestellt ist, nur der
bei dem höheren Spitzenniveau von dem ersten licht
durchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich im Code-
Muster der Lochscheibe herausgebene Impuls als das
Bezugssignal erfaßt.
Damit wird durch Zuführung des von einer Lichtquelle
emittierten Lichtes zu einem Code-Muster der Lochscheibe
eine Serie von optischen Impulssignalen erzeugt, die
zwei Arten von Informationen mit einem Anteil bei einem
höheren Spitzenniveau und einem anderen Anteil bei einem
niedrigen Spitzenniveau enthalten. Das von einem Licht
empfänger erfaßte Signal kann in das Winkelsignal und
das Bezugssignal getrennt werden.
Entsprechend kann die erforderliche Anzahl der Licht
quellen und der Lichtempfänger auf jeweils eine Licht
quelle und einen Lichtempfänger reduziert werden,
wodurch die Anzahl der Bauteile und damit der Aufwand
der Zusammensetzung und die Herstellungskosten reduziert
werden. Weiterhin kann die Größe des Verbindungsbereichs
zur Verbindung der lichtemittierenden und der licht
empfangenden Lichtleiter mit der Verbindungsvorrichtung
verringert werden.
Insbesondere ist aufgrund der Maßnahme, daß die Umfangs
breite des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflek
tierenden Bereichs in dem auf der Lochscheibe angeord
neten Code-Muster enger ausgebildet ist als diejenige
des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden
Bereichs, so daß die Breite des bei einem höheren
Spitzenniveau durch Wellenformgebung erhaltenen elektri
schen Signals mit der Breite des bei einem niedrigeren
Spitzenniveau durch die Wellenformgebung ebenfalls auf
grund der ersten Schwellenspannung erhaltenen elektri
schen Signals in Übereinstimmung gebracht wird, die
Impulsbreite des Winkelsignals immer gleich in bezug auf
jeden der beiden Bereiche in den Code-Mustern, so daß
der Drehwinkel mit einer hohen Genauigkeit erfaßt werden
kann.
In einer zweiten und spezifischeren Ausbildung gemäß der
vorliegenden Erfindung weist der optische Winkelgeber
der obengenannten Art folgende Teile auf:
- A) Eine drehbare Lochscheibe mit einer Reihe von längs ihres Umfangs angeordneten Code-Mustern und einem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflek tierenden Bereich zur Erzeugung optischer Signale bei einem höheren Spitzenniveau, die ein opti sches Winkelsignal und ein mit diesem überlager tes optisches Bezugssignal enthalten, sowie einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektie renden Bereich mit vermindertem Transmissions- oder Reflexionsgrad zur Erzeugung optischer Sig nale bei einem niedrigeren Spitzenniveau, die nur das optische Winkelsignal enthalten, und
- B) eine Steuervorrichtung mit
einer Lichtquelle zur Bestrahlung der Code-Muster mit Licht und einem Lichtempfänger zum Empfang von zwei Arten von optischen Signalen, die von den Code-Mustern in gegenseitiger Überlagerung herausgegeben werden, und zur Umwandlung der optischen Signale in elektrische Signale,
zwei Schwellenspannungserzeugern, von denen einer eine erste Schwellenspannung erzeugt, die kleiner ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkelsignal eingegeben wird, und der andere eine zweite Schwellenspan nung erzeugt, die höher ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkel signal eingegeben wird, und niedriger ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn sowohl das Winkelsignal als auch das Bezugssignal gleichzeitig eingegeben werden, und
zwei Signalverarbeitern, von denen einer das von dem Lichtempfänger herausgegebene elektrische Signal mit der ersten Schwellenspannung ver gleicht, um der Abwesenheit oder Anwesenheit des Winkelsignals eine binäre "0" bzw. "1" zuzuord nen, und der andere das von dem Lichtempfänger herausgegebene elektrische Signal mit der zweiten Schwellenspannung vergleicht, um der Abwesenheit oder Anwesenheit des Bezugssignals eine binäre "0" bzw. "1" zuzuordnen, so daß das von dem Lichtempfänger herausgegebene Impulssignal in das Winkelsignal und das Bezugssignal getrennt wird, wobei
die Umfangsbreite des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs enger als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs der Code-Muster ausgebildet ist, so daß die Breite des bei einem höheren Spitzenniveau durch die Wellenformgebung erhaltenen elektrischen Signals mit der Breite des bei einem geringeren Spitzenniveau durch die Wellenformgebung erhaltenen elektrischen Signals, wobei die erste Schwellenspannung in beiden Fällen zugrundegelegt wird, in Übereinstimmung gebracht wird.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrie
ben, wobei die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
sowie die Vorteile der vorliegenden Erfindung in
Erscheinung treten. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausfüh
rungsbeispiels eines optischen Winkelgebers,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils
einer im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
verwendeten Lochscheibe,
Fig. 3 eine Darstellung der Relation zwischen der
Wellenform des Signals und der Impulsbreite
und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen
Ausführungsbeispiels eines optischen Winkel
gebers.
Fig. 1 erläutert zeichnerisch den Aufbau eines Ausfüh
rungsbeispiels eines optischen Winkelgebers, wobei Fig.
2 einen Teil des in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
verwendeten drehbaren Lochscheibe zeigt und Fig. 3 die
Relation zwischen der Wellenform und der Impulsbreite
des Signals graphisch darstellt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich
um einen optischen Winkelgeber vom Transmissionstyp, bei
dem eine Reihe von Code-Mustern C0 mit einer Vielzahl
von Schlitzen 2,2 --- als lichtdurchlässiger Bereich in
Umfangsrichtung auf der Lochscheibe 1 ausgebildet ist.
Jeder der Schlitze ist in einem vorbestimmten Abstand in
Umfangsrichtung angeordnet.
Wenn der Winkelgeber zur Bestimmung des Kurbelwellen
winkels z. B. bei einem 6-Zylinder-Motor verwendet wird,
ist jeder der Schlitze 2,2 --- mit einem optischen
Dämpfungsfilm versehen, um die Lichttransmission durch
die Schlitze zu verringern, bis auf spezielle Schlitze
2a, 2a, --- (die in den Schlitzen 2,2, --- eingeschlos
sen sind), wobei diese Schlitze in Winkelintervallen von
jeweils 60° zur Herausgabe eines Bezugssignals S2
angeordnet sind.
Das Code-Muster C0 kann insbesondere durch Aufdampfen
einer Chromschicht auf die Oberfläche der Lochscheibe 1,
die als ringförmige Glasplatte ausgebildet ist, gebildet
sein, um eine nicht transparente Oberfläche zu errei
chen, die nur an den Stellen der Schlitze durchlässig
ist. Die Dicke der aufgedampften Chromschicht ist an den
Stellen der Schlitze 2,2, --- reduziert, so daß ein
semi-transparenter optischer Dämpfungsfilm gebildet
wird, wobei die Stellen der speziellen Schlitze 2a, 2a,
--- gänzlich von der Chrombeschichtung ausgespart
werden und die Scheibe an diesen Stellen transparent
bleibt.
Auf diese Weise wird ein optisches Impulssignal mit
einem niedrigeren Spitzenniveau P1, das dem Winkelsignal
S1 entspricht, durch jeden der Schlitze 2,2, --- heraus
gegeben. Währenddessen wird ein optisches Impulssignal
mit einem höheren Spitzenniveau P2, daß einer Kombina
tion des Winkelsignals und des Bezugssignals S2 ent
spricht, durch jeden der speziellen Schlitze 2a, 2a, ---
mit einer vorbestimmten Periode herausgegeben. Auf diese
Weise wird eine Serie von optischen Impulssignalen, die
Signale verschiedener Niveaus enthalten, erzeugt.
Die Umfangsbreite Wa eines speziellen Schlitzes 2a ist
enger als die Umfangsbreite W eines anderen Schlitzes 2
ausgebildet. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Breite
einer durch den Schlitz 2a herausgegebenen Signalwelle
im Bodenbereich der Wellenform enger als diejenige der
durch den anderen Schlitz 2 herausgegebenen Signalwelle
und in mittlerer Höhe gleich derjenigen der durch den
anderen Schlitz 2 herausgegebenen Wellenform.
Die Schlitze sind so ausgebildet, daß der Winkel
zwischen den Mittellinien benachbarter Schlitze gleich
ist und daher die Lage der Spitze der Wellenform in
Umfangsrichtung nicht verändert wird, wenn die Breite
des speziellen Schlitzes 2a verringert wird.
Wenn das erzeugte optische Signal optoelektronisch umge
wandelt ist, hat auch das erhaltene elektrische Signal
eine ähnliche Wellenform. Wenn eine Bezugsspannung V1
als Schwellenwert für das Winkelsignal S1 auf ein Niveau
eingestellt ist, bei dem die Breite ta der aus dem
speziellen Schlitz 2a herausgegebenen Signal-Wellenform
gleich der Breite t der aus dem anderen Schlitz 2
herausgegebenen Wellenform ist, so ist die Impulsbreite
jedes den Drehwinkel der Lochscheibe 1 angebenden
Impulssignals immer gleich und konstant.
Eine Steuervorrichtung 3 weist eine Lichtquelle 4 und
einen Lichtempfänger 5 auf. Ein lichtemittierender
Lichtleiter 6 und ein lichtempfangender Lichtleiter 7
sind an einem ihrer Enden mit der Lichtquelle 4 bzw. dem
Lichtempfänger 5 verbunden und liegen sich an ihren
anderen Enden an beiden Seiten des Code-Musters C0
gegenüber.
Der Lichtempfänger 5 ist mit einem Signalverarbeitungs
bereich 8, der dem elektrischen Winkelsignal S1 eine
binäre "0" oder "1" zuordnet, und einem Signalverarbei
tungsbereich 9, der dem Bezugssignal S2 eine binäre "0"
oder "1" zuordnet, verbunden.
Die Signalverarbeitungsbereiche 8 und 9 sind ihrerseits
mit Bezugsspannungs-Erzeugerschaltkreisen 8a bzw. 9a
verbunden.
Die Bezugs (Schwellen)-Spannung V1 in dem Signalverar
beitungsbereich 8 für das Winkelsignal S1 wird durch den
Bezugsspannungs-Erzeugerschaltkreis 8a auf einen Wert
eingestellt, der niedriger ist als das niedrigere
Spitzenniveau P1, wenn ausschließlich das Winkelsignal
S1 eingegeben wird, wobei einem Signal mit einem höheren
Niveau als dem der Bezugsspannung V1 eine "1" zugeordnet
wird.
Weiterhin ist die Bezugs (Schwellen)-Spannung V2 in dem
Signalverarbeitungsbereich 9 für das Winkelsignal S2
durch den Bezugsspannungs-Erzeugerschaltkreis 9a auf ein
Niveau eingestellt, das niedriger ist als das niedrigere
Spitzenniveau P1, wenn das Winkelsignal S1 und das
Bezugssignal S2 gleichzeitig eingegeben werden, und
höher ist als das Spitzenniveau P1, wenn ausschließlich
das Winkelsignal S1 eingegeben wird, wobei einem Signal
mit einem Niveau, das höher ist als das der Bezugs
spannung V2, eine "1" zugeordnet wird.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird eine optische Signal
wellenform, die das Winkelsignal S1 und das damit über
lagerte Bezugssignal S2 enthält, in den Lichtempfänger
eingegeben und darin optoelektronisch umgewandelt.
Danach kann das umgewandelte Signal durch die beiden
Signalverarbeitungsbereiche 8 und 9 in das Winkelsignal
S1 und das Bezugssignal S2 getrennt werden.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein mathema
tischer Prozessor zur Berechnung des Drehwinkels durch
Zählung der Impulse des Winkelsignals S1 unter Bezugnah
me auf das Bezugssignal S2 bezeichnet.
Im folgenden wird die Funktion und Arbeitsweise des oben
beschriebenen Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Der lichtemittierende Lichtleiter 6, der das von der
Lichtquelle 4 emittierte Licht zu dem Code-Muster C0
leitet, und der lichtempfangende Lichtleiter 7, der das
von dem Code-Muster C0 herausgegebene optische Impuls
signal zum Lichtempfänger 5 leitet, sind kollektiv über
einen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Verbinder
mit der Steuervorrichtung 3 verbunden.
Da in dem Ausführungsbeispiel nur eine Lichtquelle und
ein Lichtempfänger 5 erforderlich sind, kann die Größe
des Verbinders, mit dem die Lichtleiter 6 und 7 und die
Lichtquelle 4 sowie der Lichtempfänger 5 verbunden sind,
reduziert werden. Die Steuervorrichtung 3 kann daher auf
einfache Weise in einem engen Armaturenbrett installiert
werden. Außerdem kann der Schritt der Verbindung der
Steuervorrichtung 3 mit den Leichtleitern 6 und 7
vereinfacht werden.
Da das Code-Muster C0 zur Herausgabe der optischen
Signalwellenform, die das Winkelsignal S1 und das damit
überlagerte Bezugssignal S2 enthält, an der Lochscheibe
1 angeordnet ist, wird eine optische Signalwellenform
bei einem niedrigeren Spitzenniveau als Winkelsignal S1
herausgegeben, während ein Bereich, in dem das Bezugs
signal S2 überlagert ist, durch den speziellen Schlitz
2a als optische Signalwellenform bei einem höheren
Spitzenniveau herausgegeben wird.
Die durch optoelektronische Umwandlung der die beiden
Arten von Informationen enthaltenden optischen Signal
wellenform in dem Lichtempfänger 5 erhaltenen Impuls
signale werden in den Signalverarbeitungsbereich 8 zur
Entscheidung über das Winkelsignal S1 durch eine binäre
"1" oder "0" und in den Signalverarbeitungsbereich 9 zur
Entscheidung über das Bezugssignal S2 durch eine "1"
oder "0" eingegeben.
Da die Bezugsspannung V1 niedriger eingestellt ist als
das niedrigere Spitzenniveau P1, kann in dem Signalver
arbeitungsbereich 8 die von allen Schlitzen in dem
Code-Muster herausgegebenen Signalwellenform in eine
Impulswellenform gebracht und als Winkelsignal erfaßt
werden.
Würde die Breite aller Schlitze gleich sein, so würde
die Impulsbreite ta für das durch den speziellen Schlitz
2a herausgegebene Winkelsignal S1 sich vergrößern (wie
dies durch die mit zwei Punkten strichpunktierte Linie
in Fig. 3 gezeigt ist), so daß die Impulsbreite in
diesem Bereich sich von derjenigen in anderen Bereichen
in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Lochscheibe
unterscheiden würde. Dies würde möglicherweise die
Genauigkeit, mit der der Drehwinkel erfaßt wird, ver
ringern. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
dieser Nachteil wie im folgenden beschrieben überwunden.
In dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist die Breite
des speziellen Schlitzes 2a enger als diejenige der
anderen Schlitze ausgebildet, so daß die Breite des
durch die Wellenformgebung des Signals, das durch den
speziellen Schlitz 2a aufgrund der Bezugsspannung V1 für
das Winkelsignal S1 ausgegeben wird, erhaltenen Impulses
in Übereinstimmung mit der Breite des durch Wellen
formgebung des Signals, das durch die anderen Schlitze
2,2 herausgegeben wird, erhaltenen Impulses gebracht
wird. Dabei ist die Bezugsspannung V1 auf ein solches
Niveau eingestellt, bei dem die Breite der Wellenform
des bei dem höheren Spitzenniveau durch den speziellen
Schlitz 2a herausgegebenen Signals mit der Breite der
Wellenform des bei dem niedrigeren Spitzenniveau durch
die anderen Schlitze 2 herausgegebenen Signals über
einstimmt.
Folglich werden die Winkelsignale, deren Wellenform
durch das Bezugssignal V1 bestimmt ist, alle mit einer
gleichen Impulsbreite, die unabhängig von der Höhe des
Spitzenniveaus ist, herausgegeben. Da weiterhin der
Winkelabstand zwischen den Mittellinien zweier benach
barter Schlitze 2 und 2 gleich ist, ist die Impulsbreite
des Winkelsignals S1 in bezug auf den Drehwinkel der
Lochscheibe 1 immer gleich. Die Anzahl der Impulse des
Winkelsignals entspricht dem Drehwinkel, wobei der
360°-Winkel einer vollen Umdrehung der Lochscheibe 1
genau aufgrund der Impulsperiode des Winkelsignals S1
erfaßt werden kann.
Da der Wert der Bezugsspannung V2 als Schwellenwert für
das Bezugssignal S2 zwischen dem höheren Spitzenniveau
P2 und dem niedrigeren Spitzenniveau P1 so eingestellt
ist, daß nur die Wellenform des durch den speziellen
Schlitz 2a herausgegebenen Signals erfaßt werden kann,
kann in dem Signalverarbeitungsbereich 9 ausschließlich
das Signal bei einem höheren Spitzenniveau als Bezugs
signal S2 erfaßt werden.
Die Wellenform des Winkelsignals S1 und des Bezugssig
nals S2 wird in den Signalverarbeitungsbereichen 8 und 9
aufgrund der Bezugsspannungen V1 und V2 gebildet, die
entsprechend dem Unterschied zu den Spitzenniveaus P1
bzw. P2 eingestellt sind, und dann als Impulssignal in
den mathematischen Prozessor 10 eingegeben.
Der mathematische Prozessor 10 ordnet eine "1" zwei
Bezugssignalen zu, die hintereinander als das den
0°-Winkel festlegende Signal eingegeben worden sind,
und ordnet weiterhin eine "1" dem Bezugssignal zu, das
als einzelnes, eine 60°-Drehung angebendes Signal
herausgegeben wird. Der mathematische Prozessor 10
ermittelt den Drehwinkel der Lochscheibe 1 durch Zählung
der in dem Winkelsignal S1 enthaltenen Impulse unter
Bezugnahme auf das Bezugssignal S2 und Akkumulierung des
Drehwinkels für eine Impulsperiode.
Da das Winkelsignal S1 und das Bezugssignal S2 aus einer
Serie von Signalen herausgenommen werden können, sind
lediglich eine einzige Lichtquelle 4, ein einziger
Lichtempfänger 5 sowie ein einziger lichtemittierender
und lichtempfangender Lichtleiter 6 und 7 erforderlich,
so daß die Anzahl der Teile reduziert werden kann, um
die Kosten herabzusetzen und die Abmessungen des Verbin
ders zu verkleinern.
Obwohl das oben beschriebene Ausführungsbeispiel sich
auf einen optischen Winkelgeber vom Transmissionstyp
bezieht, beschränkt sich die vorliegende Erfindung
jedoch nicht darauf, sondern erstreckt sich ebenfalls
auf optische Winkelgeber vom Reflexionstyp. Im letzte
ren Fall ist in dem ersten lichtreflektierenden Bereich
zur Herausgabe des Bezugssignals ein höherer Reflex
ionsgrad vorgesehen, während in dem zweiten lichtre
flektierenden Bereich mit Ausnahme des ersten lichtre
flektierenden Bereichs ein geringerer Reflexionsgrad
vorgesehen ist. Die Umfangsbreite des ersten lichtre
flektierenden Bereichs ist kleiner als die des zweiten
lichtreflektierenden Bereichs ausgebildet.
Zur Verringerung des Reflexionsgrades können alle dazu
geeigneten optischen Mittel angewandt werden. Z. B. kann
die Intensität des reflektierten Lichtes durch Auf
rauhung der Oberfläche des lichtreflektierenden Bereichs
oder durch Verkleinerung der Fläche des mit der
Lichtbestrahlungsfläche ausgerichteten lichtreflektie
renden Bereichs abgeschwächt werden.
Da, wie oben näher beschrieben, zwei Arten von Informa
tionen, die das Winkelsignal und das Bezugssignal
betreffen, durch das auf der drehbaren Lochscheibe
angeordnete Code-Muster als eine Serie von Signalen mit
unterschiedlicher Lichtintensität herausgegeben werden,
ist die Verwendung nur einer Lichtquelle zur Bestrahlung
des Code-Musters und nur eines Lichtempfängers zur
Erfassung der durch diese herausgegebenen optischen
Impulssignale erforderlich, wodurch die Anzahl der Teile
verringert werden kann, um die Kosten zu reduzieren und
den Zusammenbau und die Verbindung der Lichtleiter zu
vereinfachen. Da die Anzahl der zum Zusammenbau des
Winkelgebers erforderlichen Vorrichtungen verringert
ist, kann die Größe des Verbindungsbereichs zwischen den
Lichtleitern und der Steuervorrichtung so reduziert
werden, daß die Steuervorrichtung sogar in einem engen
Raum leicht installiert werden kann.
Da insbesondere das Winkelsignal immer mit gleicher
Impulsbreite relativ zum Drehwinkel erzeugt werden kann,
wird der Drehwinkel mit hoher Genauigkeit erfaßt.
Bezugszeichenliste
1 Lochscheibe
2 Schlitz
2a Schlitz
3 Steuervorrichtung
4 Lichtquelle
5 Lichtempfänger
6 lichtemittierender Lichtleiter
7 lichtempfangender Lichtleiter
8 Signalverarbeitungsbereich
8a Schwellenspannungs-Erzeugerschaltkreis
9 Signalverarbeitungsbereich
9a Schwellenspannungs-Erzeugerschaltkreis
10 mathematischer Prozessor
51 Lichtquelle
52 Lichtquelle
53 lichtemittierender Lichtleiter
54 lichtemittierender Lichtleiter
55 lichtempfangender Lichtleiter
56 lichtempfangender Lichtleiter
57 Lichtempfänger
58 Lichtempfänger
59 Steuervorrichtung C₀ Code-Muster
C₁ Code-Muster
C₂ Code-Muster
P₁ niedrigeres Spitzenniveau
P₂ höheres Spitzenniveau
S₁ Winkelsignal
S₂ Bezugssignal
t Breite des elektrischen Impulssignals beim niedrigeren Spitzenniveau
ta Breite des elektrischen Impulssignals beim höheren Spitzenniveau
V₁ erste Schwellenspannung
V₂ zweite Schwellenspannung
W Umfangsbreite der Schlitze 2
Wa Umfangsbreite der Schlitze 2a
2 Schlitz
2a Schlitz
3 Steuervorrichtung
4 Lichtquelle
5 Lichtempfänger
6 lichtemittierender Lichtleiter
7 lichtempfangender Lichtleiter
8 Signalverarbeitungsbereich
8a Schwellenspannungs-Erzeugerschaltkreis
9 Signalverarbeitungsbereich
9a Schwellenspannungs-Erzeugerschaltkreis
10 mathematischer Prozessor
51 Lichtquelle
52 Lichtquelle
53 lichtemittierender Lichtleiter
54 lichtemittierender Lichtleiter
55 lichtempfangender Lichtleiter
56 lichtempfangender Lichtleiter
57 Lichtempfänger
58 Lichtempfänger
59 Steuervorrichtung C₀ Code-Muster
C₁ Code-Muster
C₂ Code-Muster
P₁ niedrigeres Spitzenniveau
P₂ höheres Spitzenniveau
S₁ Winkelsignal
S₂ Bezugssignal
t Breite des elektrischen Impulssignals beim niedrigeren Spitzenniveau
ta Breite des elektrischen Impulssignals beim höheren Spitzenniveau
V₁ erste Schwellenspannung
V₂ zweite Schwellenspannung
W Umfangsbreite der Schlitze 2
Wa Umfangsbreite der Schlitze 2a
Claims (2)
1. Optischer Winkelgeber, bei dem ein Winkelsignal (S1)
und ein den 0°-Winkel festlegendes Bezugssignal (S2)
als optische Signale in Abhängigkeit vom Drehwinkel
einer Lochscheibe (1) erzeugt werden und der Drehwin
kel der Lochscheibe (1) aufgrund des Winkelsignals
(S1) und des Bezugssignals (S2) erfaßt wird, wobei
folgende Teile vorgesehen sind:
eine drehbare Lochscheibe (1) mit einer in Umfangs richtung darauf angeordneten Reihe von Code-Mustern (Co) und einem ersten lichtdurchlässigen oder licht reflektierenden Bereich zur Herausgabe optischer Signale bei einem höheren Spitzenniveau (P2), die sowohl das optische Winkelsignal (S1) als auch das optische Bezugssignal (S2) enthalten, sowie einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich, in dem der Transmissions- oder Reflexions grad verringert ist, zur Herausgabe optischer Signale bei einem niedrigeren Spitzenniveau (P1), die nur das optische Winkelsignal (S1) enthalten, und
ein Signalverarbeitungsbereich (8, 9), in dem durch eine binäre "1" oder "0" über die Anwesenheit bzw. Abwesenheit elektrischer Impulssignale entschieden wird, die durch optoelektronische Umwandlung der optischen Signale und Wellenformgebung der resultie renden elektrischen Signale erhalten werden aufgrund einer ersten Schwellenspannung (V1) für das Winkel signal (S1), die niedriger als das niedrigere Spitzenniveau (P₁) eingestellt ist, und einer zweiten Schwellenspannung (V2) für das Bezugssignal (S2), die zwischen dem höheren Spitzenniveau (P2) und dem niedrigeren Spitzenniveau (P1) eingestellt ist, wobei
die Umfangsbreite (Wa) des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs kleiner als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder licht reflektierenden Bereichs in dem Code-Muster (C0) der Lochscheibe (1) ausgebildet ist, so daß die Breite (ta) des durch die Wellenformgebung erhaltenen elek trischen Impulssignals bei dem höheren Spitzenniveau (P2) gleich der Breite (t) des durch die Wellenform gebung aufgrund der ersten Schwellenspannung (V1) erhaltenen elektrischen Impulssignals bei dem niedri geren Spitzenniveau (P1) ist.
eine drehbare Lochscheibe (1) mit einer in Umfangs richtung darauf angeordneten Reihe von Code-Mustern (Co) und einem ersten lichtdurchlässigen oder licht reflektierenden Bereich zur Herausgabe optischer Signale bei einem höheren Spitzenniveau (P2), die sowohl das optische Winkelsignal (S1) als auch das optische Bezugssignal (S2) enthalten, sowie einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich, in dem der Transmissions- oder Reflexions grad verringert ist, zur Herausgabe optischer Signale bei einem niedrigeren Spitzenniveau (P1), die nur das optische Winkelsignal (S1) enthalten, und
ein Signalverarbeitungsbereich (8, 9), in dem durch eine binäre "1" oder "0" über die Anwesenheit bzw. Abwesenheit elektrischer Impulssignale entschieden wird, die durch optoelektronische Umwandlung der optischen Signale und Wellenformgebung der resultie renden elektrischen Signale erhalten werden aufgrund einer ersten Schwellenspannung (V1) für das Winkel signal (S1), die niedriger als das niedrigere Spitzenniveau (P₁) eingestellt ist, und einer zweiten Schwellenspannung (V2) für das Bezugssignal (S2), die zwischen dem höheren Spitzenniveau (P2) und dem niedrigeren Spitzenniveau (P1) eingestellt ist, wobei
die Umfangsbreite (Wa) des ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs kleiner als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder licht reflektierenden Bereichs in dem Code-Muster (C0) der Lochscheibe (1) ausgebildet ist, so daß die Breite (ta) des durch die Wellenformgebung erhaltenen elek trischen Impulssignals bei dem höheren Spitzenniveau (P2) gleich der Breite (t) des durch die Wellenform gebung aufgrund der ersten Schwellenspannung (V1) erhaltenen elektrischen Impulssignals bei dem niedri geren Spitzenniveau (P1) ist.
2. Optischer Winkelgeber, bei dem ein Winkelsignal (S1)
und ein den 0°-Winkel festlegendes Bezugssignal (S2)
als optische Impulssignale in Abhängigkeit vom Dreh
winkel einer Lochscheibe (1) erzeugt werden und der
Drehwinkel der Lochscheibe (1) aufgrund des Winkel
signals (S1) und des Bezugssignals (S2) bestimmt
wird, wobei folgende Teile vorgesehen sind:
- A) eine drehbare Lochscheibe (1) mit einer längs ihres Umfangs angeordneten Reihe von Code-Mustern (C0) und einem ersten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich zur Herausgabe opti scher Signale bei einem höheren Spitzenniveau (P2), die sowohl ein optisches Winkelsignal (S1) als auch ein optisches Bezugssignal (S2) enthal ten, sowie einem zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereich, in dem der Trans missions- oder Reflexionsgrad verringert ist, zur Herausgabe optischer Signale bei einem niedrigeren Spitzenniveau (P1), die nur das opti sche Winkelsignal (S1) enthalten, und
- B) eine Steuervorrichtung (3) mit
einer Lichtquelle (4) zur Bestrahlung des Code- Musters (C0) und einem Lichtempfänger (5) zum Empfang von zwei Arten von optischen Signalen, die in Überlagerung durch das Code-Muster (C0) herausgegeben werden, und zur Umwandlung dieser Signale in elektrische Signale,
zwei Schwellenspannungs-Erzeugern (8a und 9a), von denen einer eine erste Schwellenspannung (V1), die kleiner ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkelsignal (S1) eingegeben wird, und der andere eine zweite Schwellenspannung (V2) erzeugt, die höher ist als das Spitzenniveau des elektrischen Signals, wenn nur das Winkelsignal (S1) eingegeben wird, und kleiner ist als das Spitzenniveau des elek trischen Signals, wenn sowohl das Winkelsignal (S1) als auch das Bezugssignal (S2) gleichzeitig eingegeben werden,
und zwei Signalverarbeitern (8, 9), von denen einer das von dem Lichtempfänger (5) herausgege bene elektrische Signal mit der ersten Schwel lenspannung (V1) vergleicht und der Abwesenheit oder Anwesenheit des Winkelsignals (S1) eine binäre "0" bzw. "1" zuordnet, und der andere das von dem Lichtempfänger (5) herausgegebene elek trische Signal mit der zweiten Schwellenspannung (V2) vergleicht und der Abwesenheit oder Anwe senheit des Bezugssignals (S2) eine binäre "0" bzw. "1" zuordnet, so daß das von dem Licht empfänger (5) erzeugte Impulssignal in das Winkelsignal (S1) und das Bezugssignal (S2) getrennt wird, wobei
die Umfangsbreite (Wa) des ersten lichtdurchläs sigen oder lichtreflektierenden Bereichs kleiner als diejenige des zweiten lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden Bereichs in dem Code- Muster (C0) der Lochscheibe (1) ausgebildet ist, so daß die Breite (ta) des durch die Wellen formgebung erhaltenen elektrischen Signals bei dem höheren Spitzenniveau (P2) gleich der Breite des durch die Wellenformgebung aufgrund der ersten Schwellenspannung (V1) erhaltenen elek trischen Signals bei dem niedrigeren Spitzen niveau (P1) ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1279258A JPH0695027B2 (ja) | 1989-10-26 | 1989-10-26 | 光ロータリーエンコーダ |
Publications (2)
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DE4034028C2 DE4034028C2 (de) | 1998-01-29 |
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