DE1269175B - Winkelcodierer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/20

P 12 69 175.7-31
23. Juli 1964
30. Mai 1968

Die Erfindung betrifft Winkelcodierer mit mindestens einer Codescheibe mit einer oder mehreren Spuren und zugeordneten Abtastorganen.

Bei den bekannten Ausführungsformen dieser Bauart lassen sich die Schleifbürsten oder anderen Abtastorgane nicht einwandfrei ausrichten, was beim Umschalten grobe Rechenfehler verursachen kann, wenn mehrere Ziffern gleichzeitig umgeschaltet werden. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, mehrere Schleifbürsten- bzw. Abtastanordnungen pro Spur vorzusehen, wodurch sich jedoch eine aufwendige Vorrichtung ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Winkelcodierer zu schaffen, der mit einfachen Mitteln eine eindeutige Abtastung unter Vermeidung von zu Fehlern führenden Störsignalen sicherstellt.

Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß eine zusätzliche Spur vorgesehen ist, die von einem weiteren Abtastorgan abgetastet wird und Abschnitte aufweist, deren Breite in Drehrichtung der Codescheibe kleiner ist als die Breite der schmälsten Abschnitte der anderen Spuren und im Bereich dieser Abschnitte liegt, wobei Hilfsspur und Hilfsabtastorgan in Reihe mit den Abtastorganen der anderen Spuren so geschaltet sind, daß beim Abtasten der Spuren durch die Abtastorgane dann nur Strom fließt, wenn das Hilfsabtastorgan über die Hilfsspur den Stromkreis schließt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

F i g, 1 eine perspektivische Ansicht der digitalen Codierwellenvorrichtung (Winkelcodierer),

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der auseinandergenommenenKomponenten decodiervorrichtung,

Fig. 3 eine Teilansicht der in geradliniger Form dargestellten Spuranordnung einer Drehscheibe der Codiervorrichtung,

Fig. 4 ein zur Erläuterung von Fig. 3 dienendes Schaltungsbild,

Fig. 5 ein weiteres Schaltungsbild, das zur Erläuterung von F i g. 3 dient,

F i g. 6 ein Teilbild der in geradliniger Form dargestellten Spurenanordnung der Drehscheibe einer weiteren Ausführungsform der Codiervorrichtung,

F i g. 7 ein zur Erläuterung von F i g. 6 dienendes Schaltungsbild,

F i g. 8 ein weiteres zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dienendes Schaltungsbild,

F i g. 9 und 9 a der F i g. 6 entsprechende, jedoch eine abgewandelte Spurenanordnung darstellende Ansichten,

Winkelcodierer

Anmelder:

Moore Reed and Company Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau und Dipl.-Ing. G. Liebau,

Patentanwälte,

8902 Göggingen, v.-Eichendorff-Str. 10

Als Erfinder benannt:

Noel Percival Parkinson, Wembley, Middlesex

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 23. Juli 1963 (29 080)

Fig. 10 und 11 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsfonn erläuternder Schaltungsbilder und

F i g. 12 eine in geradliniger Form dargestellte Ansicht einer Gray-Codierspuranordnung einer Drehscheibe einer weiteren Ausführungsform der Codiervorrichtung.

Obwohl die Zeichnungen eine Kontakt-Drehscheibencodiervorrichtung darstellen, kann der Erfindungsgedanke selbstverständlich auch bei Codiervorrichtungen anderer Art Anwendung finden, so z. B. bei mit optischer, magnetischer oder kapazitiver Abtastung arbeitenden Zahlenerzeugern.

Die in Fig. 1 dargestellte Codiervorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, in welches eine Welle 2 eingeführt ist, die zum Anschluß an einer Antriebseinrichtung ein Keilnutenende 3 aufweist. Wie aus Fi g. 2 ersichtlich, ist im Gehäuse 1 eine an der Welle 2 befestigte Scheibe 4 vorgesehen. Die Scheibe 4 weist auf ihrer einen Seite Kontaktspuren auf (die zum Zweck besseren Verständnisses in F i g. 2 nicht dargestellt sind), wobei mit dieser Seite der Scheibe die Bürsten eines Schleifblocks 5 in Kontakt stehen, der auf einer am Gehäuse 1 befestigten Halterung 6 angebracht ist. Die Halterung 6 ist mit einem Wellenlager 7 für die drehbare Welle 2 versehen. Von den Schleifbürsten

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des Schleifblocks 5 führen Leitungsdrähte 8 nach außen. Innerhalb des Gehäuses 1 weist ein Bauelement 11 mit elektronischen Schaltungskomponenten Eingangsleitungen 12 auf.

Die Scheibe 4 der Codiervorrichtung weist die in F i g. 3 gezeigten Kontaktspuren auf, in welche die Bürsten des Schleifblocks 5 eingreifen. Die Spuren 13 bis 16 sind von der herkömmlichen Binärcodeart.

Eine zusätzliche Spur 17 besteht in ihrer in F i g. 3 abwechselnd positive und negative Impulse an der Schleifbürste 33, die zur Steuerung der Schmitt-Triggerschaltung 25 verwendet werden können, welche wiederum die Ablesezeit der Binärbürsten 22 steuert, wobei die Registriereinrichtungen 24 genau wie bei der in F i g. 5 dargestellten Anordnung ausgebildet sind. Auf diese Weise können Störsignale oder kurzzeitige Schaltkreisunterbrechungen die normale Arbeitsweise der Vorrichtung nicht beeinträchtigen,

dargestellten einfachsten Ausführung aus einer An- io da hierbei die Spannung nur auf Null absinkt, wäh-

zahl zahn- oder stiftförmiger Glieder 18, die um die Mittellinie 19 der »Ein«- und »Aus«-Abschnitte der in der Zeichnung dargestellten Spur 16 niedrigsten Stellenwertes gleichmäßig in Abstand voneinander angeordnet sind. Die Bürste 21 des Schleifblocks 5 zum Abtasten der Spur 17 kann an die in F i g. 4 dargestellte Schaltung angeschlossen werden. Es ist ersichtlich, daß, solange durch die Bürste 21 kein Kontakt hergestellt ist, kein Strom fließen kann, wobei sich die die Binärspuren 13 bis 16 abtastenden Schleifbürsten 22 innerhalb der Krümmung der zahn- bzw. stiftartigen Glieder 18 befinden. Diese Krümmung ist vorzugsweise nicht länger als die Hälfte des Bitimpulses der niedrigsten Zifiernstelle. In Fig.4 sind die Spulen 23 der in den Stromkreisen der Bürsten 22 liegenden Relais gezeigt.

Die oben beschriebene einfache Anordnung kann nur dann verwendet werden, wenn die Abfühlzeit der Codierwellenvorrichtung durch den Ableseimpulsrend zur Veränderung des Stromkreiszustandes an sich das Vorhandensein eines bestimmten Impulses der umgekehrten Polarität erforderlich ist.

Es ist also ersichtlich, daß diese störungsfreie Spuranordnung bei den Binärspuren für die Binärschleifbürsten angewendet und somit eine Codierwellenvorrichtung erhalten werden kann, die mit großer Betriebssicherheit arbeitet.

Die in F i g. 8 dargestellte Anordnung entspricht jener gemäß F i g. 7 insofern, als sie die Schmitt-Triggerschaltung 25 betrifft, jedoch sind hier auch die Binärspuren ähnlich wie die Spuren 26 und 27 gemäß F i g. 6 unterteilt, so daß jede Binärspur zwei ineinandergreifende Teile aufweist, wobei die Spuren in Fig. 8 mit 17a, 17& bzw. 16a, 16& und die entsprechenden Schleifbürsten mit 22 a, 22 & bezeichnet sind. Die Ausgangsimpulse der einzelnen Spuren 17 a 17 & bzw. 16 a, 16 b usw. werden den Schmitt-Trigger

schaltungen 35 oder anderen bistabilen Relaisschalkontakt, d. h. durch die zahn- bzw. stiftartigen 30 tungen zugeführt. Glieder 18 gesteuert werden kann. Ist jedoch eine In der Praxis ist es bei Anwendung der Erfindung

Dauerinformation der Wellenlänge erforderlich, kann auf Codierspuren vom Standpunkt der Spuranorddie in F i g. 4 dargestellte einfache Schaltungsanord- nung an sich nicht zweckmäßig, die Spuren in der in nung in der in F i g. 5 gezeigten Form verwendet F i g. 6 gezeigten Weise anzuordnen, da die sich inwerden, bei welcher die zum Zeitpunkt der Impuls- 35 folge Verschleiß gebildete Schmutzablagerung zum ablesung vorhandene Information in der dem jeweiligen Binärbit zugeordneten Registriervorrichtung 24
gespeichert werden kann. Die Registriervorrichtungen
24 können in beliebiger Form vorgesehen werden, so

z.B. einschließlich Transistorschaltungen und/oder 40 nung;die-;tJmordhung der Schleifbürsten und etwas Relais. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht mehr Präzision bei der Einstellung erfordert. In

Fig. 9 sind Spurabschnitte mit positiven Impulsen und in Fig. 9a Spurabschnitte mit negativen Impulsen dargestellt.

Um zu ermöglichen, daß die Impulse gleichzeitig an die beiden gemeinsamen Bereiche, obwohl entgegengesetzter Polarität, angelegt werden, wird vorteilhafterweise einer Spur eine Hauptfunktion und

Kurzschluß zwischen beiden Spuren führen kann. Sind die Spuren jedoch auf die in F i g. 9 und 9 a gezeigte Weise angeordnet, können die Spuren praktisch nicht kurzgeschlossen werden, obwohl diese Anord-

der anderen Spur eine untergeordnete Funktion er-

darin, daß die jeweiligen Registriereinrichtungen 24 zur Störsignalausblendung verwendet werden, so daß die Betriebssicherheit der Vorrichtung vervollkommnet wird, ohne jedoch ihre Mindestablesezeit zu beeinträchtigen.

Um die Betriebssicheriieit der Vorrichtung noch weiter zu verbessern, werden vorzugsweise mögliche Störsignale, die zu Rechenfehlern führen, beseitigt.

Durch die in F i g. 6 umgewandelte Impulsablesespur 50 teilt, so daß die letztere z. B. von einem von der ist es z. B. möglich, die Wirkung des Kontaktwider- Hauptspur gesteuerten Transistorschalter ausgeht. Standes bzw. von Störsignalen zu beseitigen. Kann die gewünschte Codierung nicht nur durch

Durch die Anordnung einer Schmitt-Triggerschal- eine einzige Scheibe erzielt werden, muß eine zweite rung (s. Fig. 7) kann ein negativ ausgegebener Im- Scheibe vorgesehen werden, die mit der ersten in an puls zwar diese anstellen, ein Nullimpuls übt jedoch 55 sich bekannter Weise arbeitsmäßig verbunden ist. Dakeine Wirkung aus und beläßt die Schaltung in ihrem
vorherigen Zustand. Es können daher durch Umändern der Spur in die in F i g. 6 dargestellte Form,
nämlich durch Ersetzen der Spur 17 gemäß F i g. 3
durch zwei ineinandergreifende Spuren 26 bzw. 27 60
mit entgegengesetzt gerichteten Zähnen 28 bzw. 29,
eine den ununterbrochenen Teil der Spur 26 abtastende Schleifbürste 31, eine den ununterbrochenen

Teil der Spur 27 abtastende Schleifbürste 32 und eine die Zähne 28 und 29 abtastende Schleifbürste 33 positiv gehende Impulse über die Schleifbürsten 31 und 33 und negativ gehende Impulse über die Schleifbürsten 33 und 32 erhalten werden. Somit erscheinen durch aber werden wiederum Spiel bzw. Rüttelerscheinungen hervorgerufen, die grobe Rechenfehler zur Folge haben können, es sei denn, es ist schon vorsorglich das Nötige bei der Konstruktion unternommen worden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, können zwei Schleifbürsten je Spur für die hintere Scheibe verwendet werden, die entweder parallel um + ViBit in Abstand voneinander angeordnet sind und auf zwei verschiedene Spuren wirken, d. h. eine positive und eine negative Spur, oder aber zwei Bürsten, die in einer V-Abtastkonfiguration angeordnet sind. Bei dieser V-Anordnung ist jedoch eine logische Auswahl der Schleifbürsten erforderlich.

Sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Abstand angeordnete parallele Schleifbürsten für zwei getrennte Spuren vorgesehen, dann werden vier getrennte Spurensätze für die sich mit kleiner Drehzahl drehende Scheibe benötigt, d. h. zwei positive und zwei negative Sätze. Dies erfordert offensichtlich einen großen Raum an der hinteren, sich mit kleiner Drehzahl drehenden Scheibe, und es kann sogar notwendig werden, zwei Scheiben oder beide Seiten einer Scheibe zu benutzen, um die erforderliche Anzahl von Spuren unterzubringen.

Als Alternative zu diesem System kann man auch — zum Zweck der Verwendung wesentlich kleineren Raumes für die Spuren — die Bürstenpaare an der gleichen Spur in einem Abstand von einem Bit anordnen, wobei sie jedoch mit dem Ausgang durch die logische »Und«-Torschaltung verbunden sind. Die Auswahl des Bürstensatzes für den Ausgang wird durch die Erregung eines der Ausgänge der »Und«- Torschaltungen und durch den Ausgang der Bürstenauswahlimpulse aus der vorderen Scheibe bestimmt.

Diese Alternativanordnung ist in F i g. 10 hinsichtlich parallel in Abstand angeordneter Bürsten gezeigt, während in F i g. 11 ein System dargestellt ist, bei welchem die vorher beschriebene Spuranordnung für die störsignalfreie Arbeitsweise in Verbindung mit den Schmitt-Triggerschaltungen verwendet ist.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, stellt die Leitung 101 einen Bürstenauswahlimpuls von der vorderen, sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Codierscheibe, zur Auswahl der »Voreik-Bürsten in den Spuren der sich mit niederer Geschwindigkeit drehenden Scheibe her, während die Leitung 102 einen Bürstenauswahlimpuls zur Auswahl der »Verzögerungs«-Bürsten erzeugt. Die Leitungen 103 und 104 erzeugen das Ausgangssignal über die entsprechenden »Voreil«- und »Verzögerungs«-Bürsten, die mit den Spuren die sich mit niederer Geschwindigkeit drehenden Scheibe verbunden sind. »Und«-Torschaltungen sind paarweise angeordnet, wobei ihre Ausgänge 106 miteinander verbunden sind, um das geeignete Ausgangssignal für die entsprechende Spur der sich mit niederer Geschwindigkeit drehenden Scheibe zu erzeugen. Die anderen Ausgänge 108 und 109 des nächsten Paares der »Und«-Torschaltungen 105 sind mit den »Voreil«- bzw. »Verzögerungs«-Bürsten einer nächsten Spur in der Scheibe mit geringerer Drehzahl verbunden.

Das logische Schaltbild gemäß Fig. 11 entspricht grundsätzlich jenem gemäß Fig. 10, nur daß in diesem Falle zwei Gruppen von »Und«-Torschaltungen205a und 205 & vorgesehen sind. Die vier Torschaltungen 205 λ sind paarweise angeordnet und mit einer Schmitt-Triggerschaltung 206 a verbunden, wobei die vier Torschaltungen 205 δ ebenso paarweise angeordnet und mit eimer Schmitt-Triggerschaltung 206 & verbunden sind. Die Schaltung 206 a erzeugt das Ausgangssignal einer Spur der sich mit niederer Geschwindigkeit drehenden Codierscheibe, während die Schaltung 206 & das Ausgangssignal einer anderen Spur in der Codierscheibe mit der geringen Drehzahl bildet. Die Eingänge zu den Torschaltungen 205 a und 205 & sind in drei Gruppen angeordnet, wovon die Gruppe 207 mit »Voreil«- und »Verzögerungs«- Bürsten positiv und negativ gerichteter Teile der einen Spur der sich mit niederer Geschwindigkeit drehenden Scheibe verbunden ist, während die Gruppe 208 mit den »Voreil«- und »Verzögerungs«- Bürsten positiver und negativer Komponente der anderen Spur der sich mit niederer Geschwindigkeit drehenden Scheibe verbunden ist, wobei die Gruppe 207 die Eingänge zu den Torschaltungen der vorderen Scheibe darstellt und die Auswahl steuert, welche Bürsten an welchen Teilspuren der sich mit niederer Geschwindigkeit drehenden Scheibe abgetastet werden. Gewisse Code, die in Spuranordnungen von Codierscheiben verwendet werden, sind derart angeordnet, daß zu gegebener Zeit ein Wechsel nur hinsichtlich eines Bits stattfinden kann. Ein derartiger Code ist durch den in Fig. 12 dargestellten Gray-Code dargestellt. Beim Ablesen dieser Spur besteht selbstverständlich keine Zweideutigkeit, jedoch besteht dennoch das Störsignalproblem. Eine störsignalfreie Codiervorrichtung unter Verwendung dieses Codes kann erzielt werden, indem die Spur in der in F i g. 12 gezeigten Form angeordnet ist. Es ist ersichtlich, daß die Spur in zwei Abschnitte 301 und 302 geteilt ist, wovon der eine das Komplement des anderen darstellt. Die Abtastbürsten sind jeweils mit einer Schmitt-Trigger- oder einer anderen bistabilen Schaltung verbunden, wobei die Anordnung derart ausgeführt ist, daß der Spurabschnitt 301 positive Impulse erzeugt, um die bistabilen Schaltungen in den einen Zustand zu versetzen, während der Spurabschnitt 302 negative Impulse abgibt, um die bistabilen Schaltungen in den anderen Zustand zu versetzen. Störsignale auf Grund des Sehließens und Öffnens von Kontakten oder kurzzeitige Schaltkreisunterbrechungen ändern selbstverständlich den Zustand der bistabilen Schaltungen nicht, so daß die Arbeitsweise der Codiereinrichtung in dieser Hinsicht störungsfrei ist.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Winkelcodierer mit mindestens einer Codescheibe mit einer oder mehreren Spuren und zugeordneten Abtastorganen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Spur (Hilfsspur 17 bzw. 26, 27) vorgesehen ist, die von einem weiteren Abtastorgan (Hilfsabtastorgan 21 bzw. 31 bis 33) abgetastet wird und Abschnitte (18 bzw. 28, 29) aufweist, deren Breite in Drehrichtung der Codescheibe (4) kleiner ist als die Breite der schmälsten Abschnitte der anderen Spuren (13 bis 16) und im Bereich dieser Abschnitte liegt, wobei Hilfsspur und Hilfsabtastorgan in Reihe mit den Abtastorganen der anderen Spuren so geschaltet sind, daß beim Abtasten der Spuren (13 bis 16) durch die Abtastorgane (22) dann nur Strom fließt, wenn das Hilfsabtastorgan (21 bzw. 31 bis 33) über die Hilfsspur (17 bzw. 26, 27) den Stromkreis schließt.

2. Winkelcodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Spur (17) als Kreisring mit sich radial erstreckenden Vorsprüngen (18) ausgebildet ist, welche die abtastbaren Abschnitte darstellen (Fig. 3).

3. Winkelcodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Spur (26,27) zwei konzentrisch angeordnete Kreisringe aufweist, wovon jeder radiale Vorsprünge (28,29) hat, die sich jeweils in Richtung auf den anderen Kreisring erstrecken, wobei die Vorsprünge in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind (Fig. 6).

4. Winkelcodierer nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Abtastorgan je ein Abtastglied (31, 33) für jeden Kreisring der zusätzlichen Spur (26,27) und ein Abtastglied (32) für den Bereich aufweist, der die radialen Vorspränge (28, 29) enthält (Fi g, 6 und 7).

5. Winkelcodierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastglieder (31,32,33) zur Steuerung einer Schmittschen Schaltung (25) oder einer anderen bistabilen Schaltung angeord- xo net sind, die die Abtastorgane (22) der anderen Spuren steuert (Fig. 6 und 7),

6. Winkelcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuren (14,15,16) der Codescheibe so codiert sind, daß die Abtastorgane (22) Impulse abgeben, die binär codierten Ziffern entsprechen.

7. Winkelcodierer mit mindestens einer Codescheibe mit mehreren Spuren und zugeordneten Abtastorganen für Codes, bei denen ein Wechsel im Codewert jeweils nur in einer Spur stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu den Spuren (301) komplementäre Spurengruppe (302) vorgesehen ist und daß das mit den ersten Spuren (301) zusammenarbeitende Abtastorgan eine bistabile Schaltung in den einen stabilen Zustand bringt, während das mit den anderen Spuren zusammenarbeitende Abtastorgan die bistabile Schaltung in den anderen stabilen Zustand zurückschaltet,

8. Winkelcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuren elektrisch leitende Kontaktbereiche aufweisen, welche durch Schleifbürsten abgetastet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 S57/407 5.68 © Bundesdruckerei Berlin