EP0939380B1 - Reading apparatus for a drum counter - Google Patents
Reading apparatus for a drum counterInfo
- Publication number
- EP0939380B1 EP0939380B1 EP19990103137 EP99103137A EP0939380B1 EP 0939380 B1 EP0939380 B1 EP 0939380B1 EP 19990103137 EP19990103137 EP 19990103137 EP 99103137 A EP99103137 A EP 99103137A EP 0939380 B1 EP0939380 B1 EP 0939380B1
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- EP
- European Patent Office
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- light
- roller
- wheels
- code
- several
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-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06M—COUNTING MECHANISMS; COUNTING OF OBJECTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06M1/00—Design features of general application
- G06M1/27—Design features of general application for representing the result of count in the form of electric signals, e.g. by sensing markings on the counter drum
- G06M1/272—Design features of general application for representing the result of count in the form of electric signals, e.g. by sensing markings on the counter drum using photoelectric means
Definitions
- the present invention relates to a device for reading out the position of number rollers of a roller counter with shift pinions on an axis within the circumference of the number wheels, by means of which in each case the low-order number role at the end of a full turn further turns the higher-value number role by a digit or a scale part and the device for a non-contact and load-free reading of the position of number wheels radially arranged photocells and per number role multiple photocells, consisting of a light emitter with multiple receivers, or multiple light emitters and a receiver, wherein the number rollers for the purpose of determining the position by means of the light barriers at least one translucent and at least one opaque code segment extending over different angles.
- measuring devices There are various types of measuring devices are known in which the measured size is summed up and displayed with a mechanical roller counter. Examples include volumetric instruments for gas and water or mechanical electricity meters, in which the measured volume or the measured energy with a the Device adapted mechanical reduction is transferred to a roller counter.
- the roller counter displays the quantity measured since the last zero setting or the quantity measured since startup. To determine the consumption during a certain period, the level of the roller counter is read at the beginning and at the end of this period.
- a common design for the roller counter consists of an axis on which the number wheels are rotatably mounted and on the circumference of the numerals 0 to 9 are applied, as well as a second, outside the number wheels lying axis with rotatable shifter pegs such that each of the lower Number role in the last tenth of a revolution by means of indexing teeth on the associated shift pinion the next higher-value role by a tenth turn continues.
- the shift pinions are mounted on an axle within the circumference of the number wheels.
- Such a roller counter is for example off US 4 031 386 known.
- the cylindrical numbered rollers each have a plurality of tracks with differently coded slots, which are readable by means of opto-electronic means.
- the cylindrical numbered rollers each have a code disk with differently coded slots, which are readable by means of opto-electronic means.
- the cylindrical numbered rollers each have a code disc with optical code, which can be scanned by means of light source, optical fibers and light sensor.
- the present invention is based on the object to provide a readout device for a roller counter with mounted on an axis within the number of roles Wegritzeln which results in simple means a high resolution when scanning a counting roller position and which operates independently of the drive of the roller counter and this in no Influenced manner.
- the readout device is characterized characterized in that the display of a mechanical roller counter with internal Druckritzeln by means of radially arranged light barriers contactless and load-free, is read.
- the number wheels have translucent and opaque code segments, by means of which information about the position of the individual number wheels are determined together with the light barriers.
- the light barriers are arranged radially on a semicircle and consist per number roller of an internally centrally disposed optoelectronic element and a plurality of peripherally semicircular elements arranged.
- the internal centrally arranged optoelement can be surrounded, for example, with a star-shaped multiple prism.
- peripheral elements are designed as glass-like light guides and serve as optical signal conductors between the roller counter and - via further optoelectronic elements - the signal inputs of a microprocessor.
- each payroll more than 10 different states are generated in the form of multi-digit digital information.
- 30 states are generated with five digit Digigtal information.
- the Gray code is used. In the case of the Gray code, only one bit of binary information is changed during the transition from one position to the next.
- the FIG. 1 shows a carrier drum 11, on which, seen from right to left, a first number roller 21 and another five number wheels 25 are rotatably mounted. Of the six number rollers 21, 25, the first number roller 21, the second, fourth and sixth number wheels 25 are shown in section and the third and fifth numbers rollers 25 are shown in the outside view. On an outer transparent body 24, or 27 of the number rollers 21, 25, numerals 28 from 0 to 9 are applied to the peripheral surface.
- the first number roller 21 has an inner non-transparent body 23 and the other number rollers 25 each have an inner non-transparent body 26. With 29 and 30 translucent, or opaque code segments are indicated. With 22, the internal teeth of the first number roller 21 is designated.
- the carrier drum 11 is fastened with a right attachment axis 12 and with a left attachment axis 13 in a counter housing, not shown.
- a shift pinion axis 14 On the support drum 11 is a shift pinion axis 14, on which shift pinion 31 are rotatably mounted, which turn the higher-value number roller 25 in the last tenth of the revolution of the lower-order number roller 21, 25 in each case by a tenth of a turn.
- an inner optical element unit 41 which is held on one side by a guide pin 45 in a guide bore 15 in the carrier drum 11 and is secured on the other side to a printhead 46.
- the inner optoelement unit 41 is shown in a next representation ( Fig.2 ) explained in more detail.
- the inner optoelement unit 41 further comprises a printed circuit 42, on which a semiconductor optoelement 43 and a multiple optical prism 44 are applied at intervals of the number wheels 21, 25 per number roller.
- an outer printed circuit 51 which has five successively arranged semiconductor optics elements 52, five light guides 53 to 57 and a microprocessor 58.
- This circuit is connected to the inner opto-element unit 41 via electrical connections 59, for example wires.
- the semiconductor optoelements 52 as light receivers and the inner optoelement units 41 can each be formed by means of a semiconductor optical element 43 as light emitter (LED). A reverse assignment of the functions of emitting light and receiving light is also possible.
- the Fig.2 shows a view into the interior of a number roller 25 in the axial direction with the associated outer elements and others, in Fig.1 not fully visible, details.
- the printed circuit 42 has a semiconductor optical element 43 in the form of an LED, which serves as a light emitter and which is briefly activated during reading of the number roller 21, 25.
- the semiconductor optical element 43 is arranged in the center of the optical multi-prism 44.
- the star-shaped multiple prism 44 has a serrated outer contour with, for example, four teeth formed as a prism with inner double reflection. The task of this multiple prism 44 is to divide the light of the semiconductor optical element 43 into individual light beams and to focus.
- the Light transmission of a code segment 29 is advantageously limited to light of a defined wavelength. Such light can be light invisible to the eye, for example infrared light. Focused light rays strike the readout process in the area of translucent code segments 29, light guides 53 to 57 arranged in the same pitch with the multiple prism 44.
- the light beams for the light guides 57, 55 and 56 are opaque code segments 30 interrupted and visible to the light guides 53 and 54 through the translucent code segment 29.
- the visible light beams are fed via the light guides 53, 54 via internal reflection at the angled point to the associated optical semiconductor element 52 designed as a light receiver.
- a five-digit binary number is formed via a later described evaluation. If a light transmission is defined as a logical "1" and a light block as a logical "0", the five-digit binary number 00110 is generated here in the read-out torque.
- the Figure 3 shows the schematic diagram of the optoelectronic elements (light emitter) 43 and 52 (light receiver) with the microprocessor 58, and the light-conducting elements Learnfaprisma 44 and light guides 53 to 57.
- the dashed lines represent the light or data paths.
- Each individual light or data path can be referred to as a through-beam sensor in the embodiment according to the invention.
- the device shown in the present example accordingly comprises thirty one-way light barriers in the case of six numbered rollers 21, 25 and five optical scanning points per number roller 21, 25.
- the per numerical roller 21, 25 five reading points are arranged within a semicircle with regular division.
- the pitch angle is in the example shown 36 °, but may also have other values, or a multiple of 36 °. Likewise, the division could also be irregular.
- the binary data read out via the light receiver 52 at the microprocessor 58 are available at the same time per number wheel 21, 25.
- the influence of the translucent and opaque code segments 29, and 30 of the individual number rollers 21, 25 is not shown in this schematic diagram.
- the 4 to 6 show details of a number role 25.
- two indexing teeth 32 visible, which per revolution of this numerical roller 25 via the shift pinion 31, the next higher number roller 25 moves to a digit position on.
- each numerical roller 25 according to Figure 6 on the other side a continuous internal teeth 33 on.
- number roller 21 has, as a difference to the number of rollers 25, on the right side an internal toothing 22, in which engages an unillustrated drive of the counter.
- the number roller 21 also has on the left, not directly visible, indexing teeth 32.
- the Figure 7 shows a three-dimensional representation of the inventive reading device for a roller counter. It can be seen here that each of the five optical scanning positions of each individual number roller 21, 25 leads via the light guides 53 to 57 to a light receiver 52 assigned to each scanning position.
- the function of the read-out device according to the invention is explained in more detail below using the example of a read-out process.
- the read-out process is started on demand with a programmed command from the microprocessor 58.
- the read-out process proceeds sequentially by activating the light emitter 43 in a step-by-step manner, starting, for example, at the number roller 21, in each successive number roller 25. Its light is then thrown radially through the multiple prism 44 on the five positions of the peripheral elements, ie on the light guide 53-57, but this reaches only in those positions where a translucent code segment 29 is in the radial light beam.
- Continuous light is directed to one or more light receivers 52 via one or more of the light guides 53-57.
- a receiver 52 generates a logical "1" at the corresponding input of the microprocessor 58 when receiving light.
- the position of each individual number roller 21, 25 is mapped with a five-digit binary information in Gray code.
- the read-out resolution per number roller 21, 25 is not limited only to the number of divisions shown. With the device according to the invention, thirty different positions can be defined logically on the circumference of a number roller 21, 25. With a corresponding effort in terms of number of photocells and code segments 29, 30 can, if necessary, even a larger readout resolution can be achieved.
- the five light barriers per number roller 21, 25 shown as an example result in thirty different codes as a binary number in the case of a full revolution through 360 °.
- an optical receiver 43 (phototransistor) is mounted within the number of rollers 21, 25 per number roller 21, 25, over which the multiple prism 44 is located, the latter being defined radially by the number roller 21, 25 in five Directions incident light to the optical receiver 43 passes and wherein the five defined radial incident directions between two directions each include an angle of 36 °.
- each number roll 21, 25 on a part of the width of the whole Number of six successive segments attached at angles of for example 96 °, 24 °, 60 °, 96 °, 24 ° and 60 °, each of which alternately a code segment 30 for the light of the wavelength used by the receiver 43 and the emitter 52 is impermeable and the next following code segment 29 is transparent to the light of the wavelength used, and five light-emitting elements are mounted outside the number wheels, from which light guides 53-57 the light per emitting element in one of the five through the light guides 53-57 on the receivers 43rd Defined directions to the area of each 21, 25 payroll direct, where are the six segments 29, 30 described above.
- the number rollers 21, 25 are advantageously designed so that in the width of the number wheels on the right side, where inside the number roller 21, 25, the internal teeth 33 for driving the number rollers 21, 25 are located by the shift pinion 31, outside the digits 28 are applied from 0 to 9, and that on the left side of the numerals 28, the six transmissive or opaque code segments 29, 30 are located, with an impermeable segment in the region where the two teeth 32 for the indexing of the Wegritzels 31st after a full turn of the number roller 21, 25 are.
- the number wheels 21, 25 may be formed as a plastic injection molded part produced in two operations, in which the inner part is made of a material impermeable to the light used (eg black colored plastic), where the inner part is the splines 32, 33 and the guide for centering on the carrier drum 11, and which is divided on the left in 3 segments, which together with their Interspaces, the six code segments 29, 30 described above form, and of a material transparent to the light used, from which an outer ring is injected, for example, white unfilled plastic when using infrared light elements.
- the numbers 28 on the number of rollers 21, 25 can be applied by printing or hot stamping on the outer circumference, taking care that the numbers 28 do not cover the code segments 29, 30.
- the light guide elements 53-57 can be designed in a known manner as transparent elements with total reflection surfaces or with external mirror reflection surfaces.
- An advantageous variant of the outside of the number wheels 21, 25 located optical elements comprises a printed circuit 51, on which in addition to five opto-elements 52 for generating the five signals per number roller 21, 25 and a microprocessor 58 with the necessary additional elements for the control and Evaluation of the optoelectronic elements and the connections for a data transmission interface is applied.
- Five plastic optical fibers 35-57 with a number of optical fiber arms corresponding to the number of pulleys 21, 25 receive the light from all the pulleys 21, 25 on an optical element 43 in the variant where the outer optical elements 52 are receivers, for example phototransistors, respectively distribute the light to all six number wheels 21, 25, where the outer opto elements are emitters, for example light-emitting diodes.
- the five Opto elements 52 on the outer printed circuit 51 and the five plastic light guides 53-57 are designed such that the light received or emitted by them is respectively directed in the area of the code segments 29, 30 on the axis of rotation of the number roller 21, 25 and the five directions below include angles of 36 °.
- the five through-beam sensors result in a full revolution of a numerical roller 21, 25 by 360 °, the following 30 codes as a binary number: angle of rotation Displayed numeral Code (as a binary number) 0 ° 0 0 0 1 1 0 12 ° 0 0 0 1 1 1 24 ° 0 1 0 1 1 1 1 36 ° 1 1 0 0 1 1 48 ° 1 0 0 0 1 1 60 ° 1 0 1 0 1 1 72 ° 2 0 1 0 0 1 84 ° 2 0 0 0 0 1 96 ° 2 0 0 1 0 1 108 ° 3 0 0 1 0 0 120 ° 3 0 0 0 0 0 ° 132 3 0 0 0 1 0 144 ° 4 1 0 0 1 0 0 168 ° 4 1 0 0 0 1 180 ° 5 1 1 0 0 1 1
- the light guide elements 53-57 can be designed in a known manner as transparent elements with total reflection surfaces or with external mirror reflection surfaces.
- the material used is preferably a suitable plastic.
- the readout is in principle same as previously described.
- the five light sources are activated in turn per number roller 21, 25 and the position of each number roller 21, 25 is read out as a binary number.
- the daylight and / or extraneous light exposed peripheral optical elements such as the light guides 53-57 with an additional non-transparent coating or sheath.
- the geometric division of the code segments 29, 30 in the number rollers 21, 25 is arranged so that all photocells can be tested for their function in a simple and fast way. In this test, only the whole roll package with the carrier drum from the initial position (display all digits "0") rotated by 36 ° forward (display all digits "1") and turned back by 36 ° (display all digits "9"). In the case of the selected geometry of the code segments 29, 30, in this test all signals of all light barriers each assume both states and thus all light barriers can be tested. In addition, an individual scaling factor can be measured per light barrier and stored by the processor 58 in a non-volatile memory (EEPROM).
- EEPROM non-volatile memory
- the code segments 29, 30 are arranged in the number wheels 21, 25 such that, in the counter position "0 0 0 0 0 0 0", all light barriers have light transmission, so that the amplification of the light barriers can be measured.
- a processor is preferably used, which can directly drive the light-emitting optoelements 43 or 52 with a sufficient current, for example 5 mA per element, and which comprises an analog-to-digital converter with a plurality of switchable inputs, with which the microprocessor, the resistor the light receiver 52, and thus can measure the luminosity.
- the microprocessor measures the current in each of the light-emitting elements when it turns them on. Thus, a defect of an element can be detected and thus the reliability can be improved.
- the outer optical fibers 53-57 have one arm more than the number of numerical rollers of the counter, and the inner optical element unit 43 comprises one element more than the number of numerical rollers 21, 25 of the counter.
- the microprocessor 58 can check the function of the outer opto elements and thus improve the reliability additionally.
- additional light shields may be provided between the inner adjacent optoelements 41.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Auslesen der Stellung von Zahlenrollen eines Rollenzählwerkes mit Schaltritzeln auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen, mittels welchen jeweils die niederwertige Zahlenrolle am Ende einer vollen Umdrehung die höherwertige Zahlenrolle um eine Ziffer oder einen Skalenteil weiter dreht und die Einrichtung für eine berührungslose und belastungsfreie Auslesung der Stellung von Zahlenrollen radial angeordnete Lichtschranken und pro Zahlenrolle mehrere Lichtschranken, bestehend aus einem Lichtemitter mit mehreren Empfängern, oder aus mehreren Lichtemittern und einem Empfänger aufweist, wobei die die Zahlenrollen zwecks Ermittlung der Stellung mittels den Lichtschranken mindestens ein lichtdurchlässiges und mindestens ein lichtundurchlässiges Codesegment aufweisen, die sich über verschieden grosse Winkel erstrecken.The present invention relates to a device for reading out the position of number rollers of a roller counter with shift pinions on an axis within the circumference of the number wheels, by means of which in each case the low-order number role at the end of a full turn further turns the higher-value number role by a digit or a scale part and the device for a non-contact and load-free reading of the position of number wheels radially arranged photocells and per number role multiple photocells, consisting of a light emitter with multiple receivers, or multiple light emitters and a receiver, wherein the number rollers for the purpose of determining the position by means of the light barriers at least one translucent and at least one opaque code segment extending over different angles.
Es sind verschiedene Arten von Messgeräten bekannt, in welchen die gemessene Grösse mit einem mechanischen Rollenzählwerk aufsummiert und angezeigt wird. Beispiel dafür sind Volumenmessgeräte für Gas und Wasser oder mechanische Elektrizitätszähler, in welchen das gemessene Volumen respektive die gemessene Energie mit einer dem Gerät angepassten mechanischen Untersetzung auf ein Rollenzählwerk übertragen wird. Das Rollenzählwerk zeigt dabei die seit der letzten Nullstellung respektive die seit der Inbetriebnahme gemessene Menge an. Zur Bestimmung des Verbrauchs während einer bestimmten Periode wird der Stand des Rollenzählwerkes zu Beginn und am Ende dieser Periode abgelesen. Eine verbreitete Ausführung für das Rollenzählwerk besteht aus einer Achse, auf welcher die Zahlenrollen drehbar angebracht sind und auf deren Umfang die Ziffern 0 bis 9 aufgebracht sind, sowie aus einer zweiten, ausserhalb der Zahlenrollen liegenden Achse mit darauf drehbaren Schaltritzeln derart, dass jeweils die niederwertige Zahlenrolle im letzten Zehntel einer Umdrehung mittels Fortschaltzähnen über das zugeordnete Schaltritzel die nächst höherwertige Rolle um eine Zehntelumdrehung weiter schaltet. In einer anderen bevorzugten Ausführung des Rollenzählwerkes sind die Schaltritzel auf einer Achse innerhalb des Umfangs der Zahlenrollen angebracht. Ein solches Rollenzählwerk ist z.B. aus
Diese klassische Art von Rollenzählwerken ist für viele Zwecke sehr nützlich und weiterhin einsetzbar. Bei Bedarf müssen jedoch die Zählerstellungen von einer Person abgelesen werden und Zwischentotale, beispielsweise für Statistiken und Rechnungsstellungen, müssen errechnet werden.This classic type of roller counter is very useful for many purposes and can still be used. If necessary, however, the meter positions must be read by one person and intermediate totals, for example for statistics and invoices, must be calculated.
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, eine Ausleseeinrichtung für ein Rollenzählwerk mit auf einer Achse innerhalb der Zahlenrollen angebrachten Schaltritzeln zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln eine hohe Auflösung beim Abtasten einer Zählrollenstellung ergibt und welche unabhängig vom Antrieb des Rollenzählwerkes arbeitet und diesen in keiner Weise beeinflusst.The present invention is based on the object to provide a readout device for a roller counter with mounted on an axis within the number of roles Schaltritzeln which results in simple means a high resolution when scanning a counting roller position and which operates independently of the drive of the roller counter and this in no Influenced manner.
Die erfindungsgemässe Ausleseeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Anzeigestand eines mechanischen Rollenzählwerkes mit innenliegenden Schaltritzeln mittels radial angeordneten Lichtschranken berührungslos und belastungsfrei, ausgelesen wird.The readout device according to the invention is characterized characterized in that the display of a mechanical roller counter with internal Schaltritzeln by means of radially arranged light barriers contactless and load-free, is read.
Vorteilhaft Weiterbildungen und Verbesserungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments and improvements are listed in the subclaims.
Es sind pro Zahlenrolle mehrere Lichtschranken vorhanden, welche aus einer Lichtquelle und mehreren Empfängern oder aus mehreren Empfängern und einer Lichtquelle bestehen.There are several light barriers per number role, which consist of a light source and multiple receivers or multiple receivers and a light source.
Die Zahlenrollen weisen lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Codesegmente auf, mittels welchen zusammen mit den Lichtschranken Informationen betreffend die Stellung der einzelnen Zahlenrollen ermittelt werden.The number wheels have translucent and opaque code segments, by means of which information about the position of the individual number wheels are determined together with the light barriers.
Die Lichtschranken sind auf einem Halbkreis radial angeordnet und bestehen pro Zahlenrolle aus einem intern zentral angeordneten optoelektronischen Element und mehreren peripher halbkreisförmig angeordneten Elementen.The light barriers are arranged radially on a semicircle and consist per number roller of an internally centrally disposed optoelectronic element and a plurality of peripherally semicircular elements arranged.
Zwecks Fokussierung und Zuordnung der Lichtstrahlen zu dem entsprechenden Empfänger, beziehungsweise zu den entsprechenden Empfängern, kann das interne zentral angeordnete Optoelement beispielsweise mit einem sternförmige Vielfachprisma umgeben.For the purpose of focusing and assigning the light beams to the corresponding receiver, or to the corresponding receivers, the internal centrally arranged optoelement can be surrounded, for example, with a star-shaped multiple prism.
Die peripheren Elemente sind als glasartige Lichtleiter ausgebildet und dienen als optische Signalleiter zwischen dem Rollenzählwerk und - über weitere optoelektronische Elemente - den Signaleingängen eines Mikroprozessors.The peripheral elements are designed as glass-like light guides and serve as optical signal conductors between the roller counter and - via further optoelectronic elements - the signal inputs of a microprocessor.
Bei einer vollen Umdrehung jeder Zahlenrolle werden mehr als 10 verschiedene Zustände in der Form einer mehrstelligen Digitalinformation erzeugt. Mit einer beispielhaften Ausführung werden 30 Zustände mit einer fünfstelligen Digigtalinformation erzeugt.In one full revolution of each payroll, more than 10 different states are generated in the form of multi-digit digital information. With an exemplary implementation, 30 states are generated with five digit Digigtal information.
Zwecks Vermeidung undefinierter Zwischenstellungen beim Uebergang einer Ausleseposition zu einer nächsten Ausleseposition wird der Gray-Code angewendet. Beim Gray-Code wird beim Uebergang von einer Position zu einer nächsten nur ein einziges Bit einer Binärinformation verändert.To avoid undefined intermediate positions in the transition of a read-out position to a next read-out position, the Gray code is used. In the case of the Gray code, only one bit of binary information is changed during the transition from one position to the next.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
-
Fig.1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten Variante, -
Fig.2 einen seitlichen Schnitt durch diese Ausführungsvariante, -
Fig.3 ein Prinzipschaltbild der optoelektronischen Elemente und des Mikroprozessors, -
Fig.4 eine Vorderansicht einer Zahlenrolle, -
Fig.5 ein Querschnitt einer Zahlenrolle, -
Fig.6 eine Rückansicht einer Zahlenrolle und -
Fig.7 eine 3D-Ansicht der bevorzugten Variante.
-
Fig.1 a partially sectioned view of a preferred variant, -
Fig.2 a lateral section through this embodiment, -
Figure 3 a schematic diagram of the optoelectronic elements and the microprocessor, -
Figure 4 a front view of a number role, -
Figure 5 a cross section of a number role, -
Figure 6 a back view of a number scroll and -
Figure 7 a 3D view of the preferred variant.
Die
Die innere Optoelementeinheit 41 wird in einer nächsten Darstellung (
Ausserhalb der Trägertrommel 11 und der Zahlenrollen 21, 25 befindet sich eine äussere gedruckte Schaltung 51, welche fünf hintereinander angeordnete Halbleiteroptoelemente 52, fünf Lichtleiter 53 bis 57 und einen Mikroprozessor 58 aufweist. Diese Schaltung ist über elektrische Verbindungen 59, zum Beispiel Drähte, mit der inneren Optoelementeinheit 41 verbunden. Es können die Halbleiteroptoelemente 52 als Lichtempfänger und die inneren Optoelementeinheiten 41 je mittels eines Halbleiteroptoelementes 43 als Lichtemitter (LED), ausgebildet sein. Eine umgekehrte Zuordnung der Funktionen Licht emittieren und Licht empfangen ist ebenfalls möglich.Outside the
Die
Die
Werden die den einzelnen Zahlenrollen 21, 25 zugeordneten Lichtemitter 43 der Reihe nach aktiviert, stehen pro Zahlenrolle 21, 25 im gleichen Takt die ausgelesenen Binärdaten über die Lichtempfänger 52 beim Mikroprozessor 58 an. Der Einfluss der lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Codesegmente 29, bzw. 30 der einzelnen Zahlenrollen 21, 25 ist in diesem Prinzipschema nicht dargestellt.If the
Die
Die
Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung am Beispiel eines Auslesevorganges näher erläutert. Für diese Funktionsbeschreibung wird die in den Zeichnungen gezeigte Ausführung mit je einer zentralen Lichtquelle in jeder Zahlenrolle 21, 25 zugrunde gelegt. Der Auslesevorgang wird auf Abruf mit einem programmierten Befehl des Mikroprozessors 58 gestartet. Der Auslesevorgang läuft in der Folge sequentiell ab, indem der Reihe nach Schritt für Schritt, beispielsweise bei der Zahlenrolle 21 beginnend, in jeder folgenden Zahlenrolle 25 der Lichtemitter 43 kurzzeitig aktiviert wird. Sein Licht wird dann radial durch das Vielfachprisma 44 auf die fünf Positionen der peripheren Elemente, also auf die Lichtleiter 53-57 geworfen, erreicht diese jedoch nur in jenen Positionen wo sich ein lichtdurchlässiges Codesegment 29 im radialen Lichtstrahl befindet. Durchgehendes Licht wird über einen oder mehrere der Lichtleiter 53-57 auf einen oder mehrere Lichtempfänger 52 geleitet. Ein Empfänger 52 erzeugt am entsprechenden Eingang des Mikroprozessor 58 bei Lichtempfang ein logisches "1". Nach einer Auslesesequenz wird die Stellung jeder einzelnen Zahlenrolle 21, 25 mit einer fünfstelligen Binärinformation im Gray-Code abgebildet. Die Ausleseauflösung pro Zahlenrolle 21, 25 beschränkt sich nicht nur auf die gezeigte Zehnerteilung. Mit der erfindungsgemässen Einrichtung können am Umfang einer Zahlenrolle 21, 25 dreissig verschiedene Stellungen logisch definiert werden. Mit entsprechendem Aufwand bezüglich Anzahl Lichtschranken und Codesegmente 29, 30 kann, falls erforderlich, noch eine grössere Ausleseauflösung erreicht werden. Die als Beispiel gezeigten fünf Lichtschranken pro Zahlenrolle 21, 25 ergeben bei einer vollen Umdrehung um 360° dreissig verschiedene Codes als Binärzahl.The function of the read-out device according to the invention is explained in more detail below using the example of a read-out process. For this functional description, the embodiment shown in the drawings, each with a central Light source in each
In einer weiteren möglichen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist innerhalb der Zahlenrollen 21, 25 pro Zahlenrolle 21, 25 ein optischer Empfänger 43 (Fototransistor) angebracht, über welchem sich das Vielfachprisma 44 befindet, wobei letzteres das radial durch die Zahlenrolle 21, 25 in fünf definierten Richtungen einfallende Licht auf den optischen Empfänger 43 leitet und wobei die fünf definierten radialen Einfallsrichtungen zwischen zwei Richtungen je einen Winkel von 36° einschliessen. Es sind weiter auf jeder Zahlenrolle 21, 25 auf einem Teil der Breite der ganzen Zahlenrolle sechs aufeinanderfolgende Segmente mit Winkeln von beispielsweise 96°, 24°, 60°, 96°, 24° und 60° angebracht, von denen jeweils abwechslungsweise ein Codesegment 30 für das Licht der vom Empfänger 43 und vom Emitter 52 verwendeten Wellenlänge undurchlässig ist und das nächste folgende Codesegment 29 für das Licht der verwendeten Wellenlänge durchlässig ist, und sind ausserhalb der Zahlenrollen fünf Licht emittierende Elemente angebracht, von welchen Lichtleiter 53-57 das Licht je emittierendes Element in einer der fünf durch die Lichtleiter 53-57 auf den Empfängern 43 definierten Richtungen auf den Bereich jeder 21, 25 Zahlenrolle lenken, wo sich die sechs oben beschriebenen Segmente 29, 30 befinden. Die Zahlenrollen 21, 25 sind dabei vorteilhaft so gestaltet, dass in der Breite der Zahlenrollen auf der rechten Seite, wo sich innerhalb der Zahlenrolle 21, 25 die Innenverzahnung 33 für den Antrieb der Zahlenrollen 21, 25 durch das Schaltritzel 31 befinden, aussen die Ziffern 28 von 0 bis 9 aufgebracht sind, und dass sich auf der linken Seite neben den Ziffern 28 die sechs durchlässigen respektive undurchlässigen Codesegmente 29, 30 befinden, mit einem undurchlässigen Segment in dem Bereich, wo sich die beiden Zähne 32 für die Fortschaltung des Schaltritzels 31 nach einer vollen Umdrehung der Zahlenrolle 21, 25 befinden. Die andere vorteilhafte, in den Zeichnungen dargestellte Ausführung der Erfindung hat, wie aus den Figurenbeschreibungen entnommen werden kann, innerhalb der Zahlenrollen pro Zahlenrolle ein Licht emittierendes Element 43 und ausserhalb der Zahlenrollen 21, 25 insgesamt fünf optische Empfänger 52 auf der peripheren gedruckten Schaltung 51.In a further possible embodiment of the present invention, an optical receiver 43 (phototransistor) is mounted within the number of
Die Zahlenrollen 21, 25 können als in zwei Arbeitsgängen hergestelltes Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein, in welchem der innere Teil aus einem für das verwendete Licht undurchlässigem Material (z.B. aus schwarz eingefärbtem Kunststoff) hergestellt ist, wo der innere Teil die Verzahnungen 32, 33 und die Führung zur Zentrierung auf der Trägertrommel 11 umfasst, und welcher auf der linken Seite in 3 Segmente unterteilt ist, welche zusammen mit ihren Zwischenräumen die sechs oben beschriebenen Codesegmente 29, 30 bilden, und aus einem für das verwendete Licht transparentem Material, aus welchem ein äusserer Ring gespritzt ist, zum Beispiel aus weissem ungefülltem Kunststoff bei der Verwendung von Infrarotlichtelementen. Die Ziffern 28 auf den Zahlenrollen 21, 25 können durch bedrucken oder heissprägen auf dem äusseren Umfang aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass die Ziffern 28 die Codesegmente 29, 30 nicht überdecken.The
Eine vorteilhafte Gestaltungsvariante für die innerhalb der Zahlenrollen 21, 25 angebrachten optischen Elemente 41 umfasst eine gedruckte Schaltung 42, auf welcher pro Zahlenrolle 21, 25 je ein optisches Halbleiterelement 43 in Oberflächenmontage aufgebracht ist, mit je einem Lichtleiterelement in der Form eines Vielfachprismas 44, welches durch Umlenkung den gesamten optischen Winkelbereich von 4 mal 36° = 144° auf einen kleineren Winkelbereich reduziert.An advantageous design variant for the
Die Lichtleiterelemente 53-57 können in bekannter Art als transparente Elemente mit Totalreflektionsflächen oder mit äusseren Spiegelreflektionsflächen gestaltet sein.The light guide elements 53-57 can be designed in a known manner as transparent elements with total reflection surfaces or with external mirror reflection surfaces.
Eine vorteilhafte Variante für die ausserhalb der Zahlenrollen 21, 25 befindlichen optischen Elemente umfasst eine gedruckte Schaltung 51, auf welcher neben fünf Optoelementen 52 für die Erzeugung der fünf Signale pro Zahlenrolle 21, 25 auch ein Mikroprozessor 58 mit den nötigen Zusatzelementen für die Steuerung und die Auswertung der optoelektronischen Elemente und die Anschlüsse für eine Datenübertragungsschnittstelle aufgebracht ist. Fünf Kunststofflichtleiter 35-57 mit einer der Anzahl Zahlenrollen 21, 25 entsprechenden Anzahl Lichtleiterarmen empfangen das Licht von allen Zahlenrollen 21, 25 auf ein Optoelement 43 bei der Variante, wo die äusseren Optoelemente 52 Empfänger, zum Beispiel Fototransistoren, sind, respektive verteilen das Licht auf alle sechs Zahlenrollen 21, 25, wo die äusseren Optoelemente Emitter, zum Beispiel Leuchtdioden, sind. Die fünf Optoelemente 52 auf der äusseren gedruckten Schaltung 51 und die fünf Kunststofflichtleiter 53-57 sind derart gestaltet, dass das von ihnen empfangene respektive emittierte Licht jeweils im Bereich der Codesegmente 29, 30 auf die Drehachse der Zahlenrolle 21, 25 gerichtet ist und die fünf Richtungen unter sich Winkel von 36° einschliessen. Zum Abschirmen von Fremdlicht ist es vorteilhaft, die äusseren Optoelemente 52 und die äusseren Lichtleiter 53-57 mit einer zusätzlichen nicht transparenten Umhüllung zu versehen.An advantageous variant of the outside of the
Wie vorgängig in den Figurenbeschreibungen erwähnt bilden die Halbleiteroptoelemente 43 und 52 zusammen mit den Lichtleitern 44 und 53 bis 57 pro Zahlenrolle 21, 25 je fünf Einweglichtschranken, welche zur Auslesung des vom Rollenzählwerk angezeigten Wertes vom Mikroprozessor 58 sequentiell abgefragt werden.As mentioned previously in the description of the figures, the semiconductor
Die fünf Einweglichtschranken ergeben bei einer vollen Umdrehung einer Zahlenrolle 21, 25 um 360° die folgenden 30 Codes als Binärzahl:
Aus dieser Tabelle ist ersichtlich dass die Auslesung einer Zahlenrolle 21, 25 mit einer Winkelauflösung von 12 Winkelgraden ausgelesen wird. Das bedeutet, dass mit dieser Auflösung bis dreissig Stellungen pro Zahlenrolle 21, 25 ausgelesen werden können, was auch bedeutet, dass sich die Anwendung der erfindungsgemässen Ausleseeinrichtung nicht nur auf dekadische Zählsysteme beschränkt. Die im Binärcode ermittelten Stellungen der Zahlenrollen 21, 25 werden in der Folge prozessorintern auf bekannte Art weiter zu lesbaren Zahleninformationen konvertiert und bedürfnisgerecht weiterverarbeitet für Protokolle, Statistiken, Rechnungen und so weiter.From this table it can be seen that the readout of a
Die Lichtleiterelemente 53-57 können in bekannter Art als transparente Elemente mit Totalreflektionsflächen oder mit äusseren Spiegelreflektionsflächen gestaltet sein. Als Material wird vorzugsweise ein geeigneter Kunststoff verwendet.The light guide elements 53-57 can be designed in a known manner as transparent elements with total reflection surfaces or with external mirror reflection surfaces. The material used is preferably a suitable plastic.
Bei der Variante wo die äusseren Optoelemente Lichtemitter, also Lichtquellen, sind erfolgt die Auslesung im Prinzip gleich wie vorgängig beschrieben. Es werden der Reihe nach pro Zahlenrolle 21, 25 die fünf Lichtquellen aktiviert und so die Stellung jeder Zahlenrolle 21, 25 als Binärzahl ausgelesen.In the variant where the outer opto-elements are light emitters, ie light sources, the readout is in principle same as previously described. The five light sources are activated in turn per
Zum Abschirmen von Fremdlicht ist es vorteilhaft, dem Tageslicht und/oder Fremdlicht ausgesetzte periphere Optoelemente, wie beispielsweise die Lichtleiter 53-57 mit einer zusätzlichen nicht transparenten Beschichtung oder Umhüllung zu versehen.For shielding extraneous light, it is advantageous to provide the daylight and / or extraneous light exposed peripheral optical elements, such as the light guides 53-57 with an additional non-transparent coating or sheath.
Die geometrische Einteilung der Codesegmente 29, 30 bei den Zahlenrollen 21, 25 ist so disponiert, dass auf einfache und schnelle Art alle Lichtschranken auf ihre Funktion geprüft werden können. Bei dieser Prüfung wird lediglich das ganze Rollenpaket mit der Trägertrommel aus der Ausgangsstellung (Anzeige alle Ziffern "0") um 36° vorwärts gedreht (Anzeige alle Ziffern "1") und um 36° zurückgedreht (Anzeige alle Ziffern "9") wird. Bei der gewählten Geometrie der Codesegmente 29, 30 nehmen bei dieser Prüfung alle Signale aller Lichtschranken je beide Zustände an und es können somit alle Lichtschranken getestet werden. Zusätzlich kann pro Lichtschranke ein individueller Skalierfaktor gemessen und durch den Prozessor 58 in einem unverlierbaren Speicher (EEPROM) abgelegt werden.The geometric division of the
In einer weiteren bevorzugten geometriischen Einteilung sind die Codesegmente 29, 30 bei den Zahlenrollen 21, 25 so disponiert, dass bei der Zählwerkstellung "0 0 0 0 0 0" alle Lichtschranken Lichtdurchlass aufweisen, so dass die Verstärkung der Lichtschranken gemessen werden kann.In a further preferred geometric division, the
Als Mikroprozessor 58 wird vorzugsweise ein Prozessor verwendet, welcher die Licht emittierenden Optoelemente 43 oder 52 mit einem ausreichenden Strom, z.B. 5 mA pro Element, direkt ansteuern kann, und welcher einen Analog-Digitalwandler mit mehreren Umschaltbaren Eingängen umfasst, mit welchem der Mikroprozessor den Widerstand der Lichtempfänger 52, und damit die Leuchtstärke messen kann. In einer bevorzugten Variante der vorliegenden Erfindung misst der Mikroprozessor zusätzlich den Strom in jedem der Licht emittierenden Elemente, wenn er diese einschaltet. Damit kann ein Defekt eines Elementes erkannt und so die Funktionssicherheit verbessert werden. In einer weiteren bevorzugten Variante haben die äusseren Lichtleiter 53-57 einen Arm mehr als die Anzahl der Zahlenrollen des Zählwerkes und umfasst die innere Optoelementeinheit 43 ein Element mehr als die Anzahl der Zahlenrollen 21, 25 des Zählwerkes ist. Damit kann der Mikroprozessor 58 die Funktion der äusseren Optoelemente überprüfen und so die Funktionssicherheit zusätzlich verbessern. Zwecks Abschirmung und Vermeidung von funktionsstörendem Streulicht können zwischen den inneren benachbarten Optoelementen 41 nicht dargestellte zusätzliche Lichtabschirmungen angebracht werden.As a
Claims (5)
- Equipment for the reading-out of the setting of number wheels (21, 25) of a number barrel mechanism with switching pinions (31) on an axle within the circumference of the number wheels (21, 25), by means of which pinions the respective lower value number wheel (21, 25) at the end of a complete revolution rotates the higher value number wheel (25) further through one numeral or one scale part, and the equipment comprises radially arranged light barriers for a contactless and load-free reading-out of the setting of the number wheels (21, 25) and several light barriers consisting of one light emitter (43) with several receivers (52) or of several light emitters (43) and one receiver (52) are provided for each number wheel (21, 25), wherein the number wheels (21, 25) have for the purpose of ascertaining the setting by means of the light barriers at least one light-permeable code segment (29) and at least one light-impermeable code segment (30) which extend over angles of different sizes, characterised in that light barriers arranged radially on a semicircle consist of one opti-electronic element (41) present centrally in each number wheel (21, 25), several optical conductors (53 to 57) arranged peripherally in a semicircle and several opti-electronic elements (52) arranged on a printed circuit (51).
- Equipment according to claim 1, characterised in that the opti-electronic element (41) present centrally in the number wheels (21, 25) is surrounded by a multiple prism (44) focussing the light and associating it with the peripheral elements.
- Equipment according to one of claims 1 and 2, characterised in that the peripheral elements of the light barriers are present as optical signal conductors in form of glass-like optical conductors (53 to 57) between light source and receiver.
- Equipment according to one of the preceding claims, characterised in that an angularly geometric arrangement of the light-permeable code segments (29) and the light-impermeable code segments (30) is present for each number wheel (21, 25), which makes a reading-out of more than ten different settings possible during one complete revolution of a number wheel (21, 25).
- Equipment according to one of claims 3 and 4, characterised in that the light barriers and the code segments (29, 30) are arranged to produce a Gray code.
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