DE3305217C1 - Vorrichtung zur Winkel- und Wegmessung an einem Servosystem - Google Patents

Description

• Durch ein am Servoausgang SA angeordnetes, über ein Untersetzungsgetriebe G verbundenes und aus einer Halbscheibe 9 mit Schaltkante 13 und einer Lichtschranke als Null-Lagegeber 10 bestehendes, in der Fi- gur rechts auch in Ansicht gezeigtes Sensorsystem 11 wird durch Verdrehen der Halbscheibe 9 (siehe Richtungspfeile in Figur rechts) erreicht, zwischen einer Stellung links oder rechts von einer sogenannten Referenzstellung zu unterscheiden. Beim Übergang von links der Referenzstelle zu rechts der Referenzstelle entsteht ein Signalwechsel, dessen daraus resultierendes Signal SR nach entsprechender Umformung dem Zähler 6 über einen Setzeingang 12 zugeführt wird. Dieses Signal SR bewirkt, daß der Zähler 6 auf Referenzzahl gesetzt wird, wodurch eine starre Zuordnung vom Zählerstand zur Servoposition erreicht wird.
• Beim Einschalten des Systems kann das Referenzsensorsignal SR dazu benutzt werden, um beim Einschaltvorgang (Einschaltroutine) ohne an einen Endanschlag auf die Referenzstelle zu fahren. Zusätzlich kann der laufende Vergleich vom Zählerstand und Referenzsensorsignal zur Erfassung von Fehlfunktionen benutzt werden. Bei Servosystemen mit Linearausgang sitzt die beschriebene Schaltkante an der hin- und hergehenden Schubstange des Servosystems.
• Aus F i g. 2 ist eine Ansicht einer Ausführung des Servosystems 1 für lineare Bewegungen im konstruktiven Aufbau ersichtlich. Darin ist der Elektronikmotor 2 mit seinem Rotor 4 und seiner Rotorwelle 7 um eine Schubstange 15 angeordnet. Die mit dem Motor 2 über ein kegelig geformtes Teil 8' verbundene zylindrisch ausgestaltete Halbscheibe 8 (siehe auch F i g. 1) greift zwischen die Kommutierungssensoren 5. Zu beiden Seiten des Rotors 4 ist die Rotorwelle 7 durch Ringlager 16 drehbar gelagert; sie ist hohl ausgebildet und in einem mittleren Bereich mit einem Muttergewinde 17 versehen, welches in Verbindung mit dem Außengewinde 17' der Schubstange 15 eine Linearbewegung erzeugt, wozu diese, auf der einen Hälfte flach ausgestaltet durch beidseitige Führungen 18 geführt und auf der flachen Hälfte durch einen Bolzen 18' gegen ein Verdrehen gesichert ist. Eine am Ende der Schubstange 15 angeordnete Schaltkante 14 wirkt dadurch auf den Referenzsensor bzw. Null-Lagegeber 10. In vorteilhafter Anordnung sind die Kommutierungssensoren 5 und der Null-Lagegeber 10 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 19 zusammengefaßt. Das Sensorsystem 1 ist auf einem Montagebehälter 20 befestigt, in welchem unter anderem der elektronische Zähler 6 (Fig. 1) angeordnet ist.
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Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Winkel- und Wegmessung an einem Servosystem, das einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit zur Steuerung der Kommutierung notwendigen Rotorlagegebern, sowie ein am Ausgang angeordnetes Getriebe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung der Kommutierung notwendigen Rotorlagegeber (3,5) gleichzeitig inkremental auf einen als Istwertspeicher für die Lage der Rotorwelle (7) dienenden elektronischen Zähler (6) arbeiten und daß zur Feststellung der absoluten Lage der Rotorwelle (7) ein am Servoausgang (SA) angeordneter Null-Lagegeber (10) vorgesehen ist, der sowohl die Null-Lage des Servoausganges als auch eine Stellung rechts oder links davon feststellt und der beim Passieren der Null-Lage den Zähler (6) jeweils zu Null setzt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Null-Lagegeber (10) aus einer Lichtschranke und einer absatzförmigen Ausnehmung an der Schubstange (15) des Servosystems besteht.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Rotorlagegeber (3, 5) und Null-Lagegeber (10) Lichtschranken, Hallsensoren oder induktive Sensoren sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Rotorlagegeber (3, 5) und Null-Lagegeber (10) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (19) angeordnet sind.

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkel-und Wegmessung an einem Servosystem, das einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit zur Steuerung der Kommutierung notwendigen Rotorlagegebern, sowie ein am Ausgang angeordnetes Getriebe aufweist.

   Für Winkel- und Wegmessungen in Sensorsystemen werden bisher Systeme verwendet, welche üblicherweise aus inkrementalen Winkel- und Weggeber bestehen.

   Jedoch ist damit eine sichere Positionsbestimmung des Servosystems beim Einschalten nicht gewährleistet, so daß ein Überfahren der Maximalwerte während des Einschaltvorganges möglich ist, da praktisch keine Information über die absolute Stellung des Servoausganges vorliegt.

   Zum Beispiel ist aus der DE-OS 29 18493 ein bürstenloser, bidirektionaler Permanent-Gleichstrommotor mit axialem Arbeitsluftspalt bekannt, bei dem der scheibenförmige Läufer eine Mehrzahl von permanentmagnetischen Magnetpolen besitzt Die Stromarmatur besteht aus einer flachen, eisenlosen, scheibenförmigen Armatur geringer Induktanz, die pro Rotormagnetpol mindestens zwei elektromagnetische Felder auszubilden vermag. Mittels Sensoren wird ein Signal erzeugt, das von der jeweiligen Position und Drehrichtung des Rotors bestimmt ist. Die Windungen der Armatur werden mittels einer Dekodiereinrichtung und Halbleiter-Kommutier-Bauelementen derart mit elektrischem Strom versorgt, daß die ausgebildeten elektromagnetischen Statorfelder nacheinander entsprechend der Rotorposition und Drehrichtung auf- und abgebaut werden.

   Aufgabe der Erfindung ist, ein Winkel- und Wegmeßsystem zu schaffen, welches preiswert herstellbar ist und das möglichst jederzeit eine sichere Aussage über die jeweilige Position des Servoausganges erlaubt. Es sollte gegen ein Überfahren der Maximalwerte während des Einschaltvorganges gesichert und während des Betriebes kontrollierbar sein.

   Erfindungsgemäß sind zur Lösung der gestellten Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen.

   Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

   Der Vorteil besteht darin, daß die für den Betrieb eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors (bürstenloser Elektronikmotor) erforderlichen Kommutierungssensoren zugleich als inkrementale Lagewinkelgeber benutzt werden.

   In Verbindung mit einem Referenzsensor und einer durch ein Untersetzungsgetriebe bewegten Schaltkante am Servoausgang ergibt sich ein quasi-absolutes Winkel- und Wegmeßsystem, welches zwar inkremental und somit nicht absolut arbeitet, das aber beim Einschalten sofort über eine Links/Rechts-Information bezüglich der Schaltkante verfügt und durch Überfahren der Schaltkante einen elektronischen Zähler in einen definierten Zustand versetzt, welcher einer eindeutigen Stellung des Servosystems innerhalb eines Arbeitsbereiches entspricht und wodurch ein quasi-absoluter Winkel- oder Wegmeßwert erzeugt wird.

   Unter Verwendung einer im Motor schon vorhandenen und in bezug auf den Servoausgang inkremental arbeitenden Sensorik wird durch Hinzufügen eines Sensors am Servoausgang ein quasi-absolutes Winkel- oder Weg- bzw. Längenmeßsystem erzielt, welches einerseits die Nachteile von inkrementalen Systemen, wie undefinierter Zustand beim Einschalten, Gefahr des Anfahrens und Blockierens an Endanschlägen, sowie mangelnde Kontrollierbarkeit während des Betriebes nicht besitzt und andererseits den Aufwand von absolut-arbeitenden Systemen nicht erforderlich macht.

   Ein Ausführungsbeispiel ist folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert. Es zeigt F i g 1 eine Anordnung eines Servosystems für Drehwinkel im Prinzip, F i g. 2 eine Ausführung eines Servosystems für lineare Bewegungen im konstruktiven Aufbau.

   Aus Fig. 1 ist die Anordnung eines Servosystems 1 mit Drehausgang für Drehwinkel kleiner als 360" im Prinzip dargestellt. Das für den Betrieb eines hierbei verwendeten bürstenlosen sogenannten Elektonikmotors 2 erforderliche und am Servoausgang SE angeordnete Kommutierungssensorsystem 3, 5 (als Rotorlagegeber) löst beispielsweise eine Drehbewegung seines Rotors 4 in Winkelschritte von 60° elektrisch auf. Dabei wird bei jedem Winkelschritt der im Servoeingang SE zu einer, in der Figur links auch in Ansicht gezeigten Gruppe von drei um 60° zueinander versetzt angeordneten Kommutierungssensoren 5 ein elektrisches Signal S erzeugt und einem nachgeschalteten elektronischen Zähler 6 zugeführt. Je nach der Drehrichtung (siehe Richtungspfeile in Figur links) des Sensorsystems 3, 5 bzw. dessen auf der Rotorwelle 7 des Elektronikmotors 2 angeordneten Halbscheibe 8 addiert oder subtrahiert der Zähler 6 das Signal Svomjeweiligen Zählerstand.