DE3831417A1 - Optoelektronischer absolut-weg-geber - Google Patents
Optoelektronischer absolut-weg-geberInfo
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- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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- G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
- G01D5/34784—Absolute encoders with analogue or digital scales with only analogue scales or both analogue and incremental scales
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein digitaler optoelektronischer
Weg-Geber, mit der Fähigkeit einer absoluten Positionsmessung.
Herkömmliche optoelektronische Wegmeßgeräte, wie Winkelkodierer,
erfordern bei wachsender Auflösung überproportional steigende
Baugröße und Fertigungskosten.
Bei Inkrementalgebern ist die Bauform günstiger, ebenso sind die
Fertigungskosten geringer. Der Justier-Aufwand ist hoch, der
nachteilige Effekt der nicht absoluten Messung muß oft durch hohen
peripheren Aufwand kompensiert werden.
Aufgabe der Erfindung ist, einen prinzipiell einfachen und leicht
anfertigbaren Meßgeber zu entwickeln, bei dem die Meßproblematik
nicht mehr an den hohen Aufwand bei Kodierscheiben, Mechanik und
Optik gebunden ist.
Die Lösung der Aufgabe zeigt erfindungsgemäß einen optoelektro
nischen Absolut-Weg-Geber mit den charakteristischen Merkmalen des
Patentanspruches; die Komponenten sind aus dem Prinzipbild eines
Winkelkodierers ersichtlich - siehe Bild 1; eine Transversalweg-
Messung ist prinzipiell gleichartig (nur tivialer).
Die Funktion - siehe Bild 1 - ist derart, daß die Position
(Winkelstellung) des bewegten (rotierenden) Elementes (1) mittels
der Lichtquelle (2), der angeflanschten Lichtschattenerzeuger-
Scheibe (3) und des Lichtsensors (4) gemessen wird.
Die Lichtquelle (2) projeziert, mit oder ohne Optik, Licht auf den
optoelektronischen Sensor (4). Infolge der Winkelstellung der
Lichtschattenerzeugerscheibe (3) liegt der Sensor (4) mehr oder
weniger im Lichtschatten der Lichtquelle.
Der Lichtschatten wird optoelektronisch gemessen.
Die Lichtschatten-Größe und -Konfiguration ist ein Maß für die
Winkelstellung des rotierenden Elementes (1).
Im Falle der Winkelmessung kann der Lichtschattenerzeuger eine
Kreisscheibe mit exzentrischer Lagerung sein, oder er kann ein
anderweitig exzentrisch aufgebrachter Kreisfleck auf einer
zentrisch gelagerten Kreisscheibe sein, oder es wird eine Spiral-
Scheibe verwendet - wichtig ist nur die für jeden Drehwinkel
signifikant verschiedene Lichtschattenerzeugung der drehenden
Scheibe auf dem Lichtsensor.
Im Falle der Translations-Wegmessung kann der Lichtschattenerzeuger
eine einfache Trapezgeometrie (Keil) haben.
Die Auflösung des Gebers wird bestimmt von
- - der lichtoptischen Auflösefähigkeit des Sensors (von Einfluß sind Größe, Lage und Zahl der Sensorzellen auf der Sensorfläche)
- - Konfiguration und Baugröße des Lichtschattenerzeugers.
Statt Gesamtwegmessungen sind auch Messungen über beliebig
definierbare Sektoren möglich - durch Kodierzusätze beim
Lichtschattenerzeuger.
Die Auflösung ist nicht auf die Auflösefähigkeit des Sensors
beschränkt (nicht zwangs-proportional). Die Kombination der Sektor
messung mit einer Absolutbereichsmessung (zur Sektoridentifikation)
ermöglicht von der Sektoranzahl, Baugröße und Sensorgröße abhängige
Auflösungen, die ein Vielfaches der Auflösefähigkeit des Flächen
sensors sind.
Für die Meßwertverarbeitung ist eine Auswerte-Elektronik erforder
lich; dabei ist die Verwendung eines Mikro-Computers sinnvoll - die
Meßwertgewinnung (Lichtschatten-Interpretation) ist günstig realis
ierbar und der Meßwert ist leicht als digitales (evtl. serielles)
Signal ausgebbar.
Die erzielten Vorteile der Erfindung gegenüber anderen digital
arbeitenden Absolut-Weg-Gebern sind
- - höhere Auflösungsmöglichkeit (Meßgenauigkeit)
- - kleinere Baugröße
- - geringerer Bauaufwand
- - geringerer mechanischer Montage- und Justier-Aufwand
- - Kalibrier-Möglichkeit, auch bei montiertem Geber.
Absolut-Winkel-Kodierer mit lichtempfindlichen Halbleiter-
Flächensensor - siehe Bild 2.
Die Komponenten des Ausführungs-Beispiels sind
- (1) Welle
- (2) Leuchtdiode als Lichtquelle
- (3) lichtundurchlässige Kreisscheibe mit exzentrischer Lagerung
- (4) lichtempfindlicher Halbleiter-Flächensensor mit 2 · 128 · 256 Sensor-Zellen.
Die absolute Winkelinformation ergibt sich bei dieser Realisierung
funktional als Arcus-Cosinus der Lichtschatten-Überdeckung einer
Sensor-Spalte. Zur Winkel-Quadrantenerkenung wird die Konfiguration
der Lichtschattengrenze - (Neigung dx/dy), siehe Bild 2 - benutzt.
Für die Meßwert-Auflösung (Meßgenauigkeit) gilt hier
Auflösung = 2 · 128 (Spalten) · 256 (Zeilen) = 65 536 = 64 kbit,
was einer Auflösung von 16 bit entspricht.
Die Baugröße wird im Beispiel wesentlich von dem Lichtsensor und
davon abhängig von der Lichtschattenerzeuger-Scheibe bestimmt,
wenn, wie hier, keine Optik verwendet wird.
Absolut-Winkel-Kodierer hoher Auflösung mit Lichtschatten-
Sektorkodierung und Flächensensor gemäß Ausführungsbeispiel 1 -
siehe Bild 3.
Die Komponenten des Ausführungsbeispiels 2 sind
- (1) Welle
- (2) Leuchtdiode als Lichtquelle
- (3) lichtdurchlässige Kreisscheibe mit exzentrisch aufgebrachtem und lichtundurchlässigem Kreisfleck nebst zentrischem Außenkreisring mit Sektor-Kodierung
- (4) lichtempfindlicher Halbleiter-Flächensensor gemäß Ausführungsbeispiel 1.
Die absolute Sektoridentifikation erfolgt mittels des exzentrischen
Schattenkreises (Winkelfunktion mit Quadrantenerkennung).
Die absolute Position innerhalb eines Sektors erfolgt mittels des
Sektor-Kodierringes (Vermessung der linearen Schattengrenze).
Die Gesamtpostion (Wegmessung) ergibt sich aus der Multiplikation
von interner Sektormessung mit der Sektor-Nummer.
Die Auflösung wird damit bestimmt
- - von der Anzahl realisierbarer Sektoren
- - der Auflösung innerhalb eines Sektors die wiederum abhängig sind von
- - der Gesamtbaugröße (Durchmesser des Lichtschattenerzeugers)
- - der Sensorauflösung und Sensorbaugröße.
Claims (1)
- Der Erfindungs-Hauptanspruch ist dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Position eines rotatorisch (Drehwinkel-Messung) oder translatorisch sich bewegenden Elementes absolut gemessen wird, und zwar mittels einer Lichtquelle und einer Licht schattenerzeuger-Scheibe, die konfigurativ auf eine Flächenmessung mit einem optoelektronischen Flächensensor abgestimmt ist
- - für die Lichtschattenerzeuger-Scheibe keine Kodierung (mit einer Rasterung entsprechend der Meßwertauflösung des Sensors) notwendig ist
- - der Lichtschatten (bzw. die Umkehrung: der belichtete Teil) mittels eines optoelektronischen Flächen- (Zeilen-) Sensors von 1 bis m Spalten und 1 bis n Zeilen gemessen wird (Schat tengrenze oder Gesamtschattenbild)
- - die Meß-Sensorik berührungslos gegenüber dem zu vermessen den Element arbeit, und zwar weitgehend unabhängig von Fertigungstoleranzen seitens der Mechanik (da mittels Software nur die für die Messung optimalen Einzelsensoren des Flächensensors ausgewählt und verwendet werden)
- - das Meßsystem direkt ein digitales elektronisches Meßwertsignal liefert
- - die Lichtschattenerzeuger-Scheibe eine Zusatz-Kodierung aufweisen kann, für Absolutmessung innerhalb eines Sektors, in Verbindung mit der Sektorerkenung über den Gesamtweg kodierschatten - zum Zwecke der Auflösungserhöhung über die Auflösefähigkeit des Flächensensors hinaus
- - eine Auflösungserhöhung durch Verwendung mehrerer optoelektronischer Sensoren möglich ist
- - die Verwendung einer Optik möglich ist - zur Anpassung der Lichtschattenscheibe an vorgebbare (kleine) Baugrößen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19883831417 DE3831417A1 (de) | 1988-09-15 | 1988-09-15 | Optoelektronischer absolut-weg-geber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19883831417 DE3831417A1 (de) | 1988-09-15 | 1988-09-15 | Optoelektronischer absolut-weg-geber |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3831417A1 true DE3831417A1 (de) | 1990-03-22 |
Family
ID=6363031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19883831417 Withdrawn DE3831417A1 (de) | 1988-09-15 | 1988-09-15 | Optoelektronischer absolut-weg-geber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3831417A1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0479759A1 (de) * | 1990-10-05 | 1992-04-08 | RSF-Elektronik Gesellschaft m.b.H. | Verfahren und Vorrichtung zur Längen- oder Winkelmessung |
| CH680017A5 (en) * | 1990-04-02 | 1992-05-29 | Ammann Lasertechnik | Photoelectrical length or angle measuring device - detects edge of shadow cast by light stop to detect position of displaced carriage |
| WO2002082019A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-17 | Melexis Nv | Flow meter remote reading systems |
| US7697127B2 (en) | 2008-02-22 | 2010-04-13 | Trimble Navigation Limited | Method and system for angle measurement |
-
1988
- 1988-09-15 DE DE19883831417 patent/DE3831417A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH680017A5 (en) * | 1990-04-02 | 1992-05-29 | Ammann Lasertechnik | Photoelectrical length or angle measuring device - detects edge of shadow cast by light stop to detect position of displaced carriage |
| EP0479759A1 (de) * | 1990-10-05 | 1992-04-08 | RSF-Elektronik Gesellschaft m.b.H. | Verfahren und Vorrichtung zur Längen- oder Winkelmessung |
| WO2002082019A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-17 | Melexis Nv | Flow meter remote reading systems |
| US7697127B2 (en) | 2008-02-22 | 2010-04-13 | Trimble Navigation Limited | Method and system for angle measurement |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |