DE2817172A1 - Multistage angular step generator - has coding discs driven through stepping down gears, with their axes parallel to input shaft axis - Google Patents
Multistage angular step generator - has coding discs driven through stepping down gears, with their axes parallel to input shaft axisInfo
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Abstract
Description
Mehrstufiger Winkelschrittgeber Multi-stage angular incremental encoder
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Winkelschrittgeber mit einer Eingangswelle, deren Winkelstellung absolut zu bestimmen,ist mit einer mit der Eingangswelle gekoppelten ersten Winkelschritt-Codescheibe und einer oder mehreren weiteren nachgeschalteten Winkelschritt-Codescheiben, die jeweils vorzugsweise opto-elektronisch abgetastet werden, wobei jede Codescheibe über ein Untersetzungsgetriebe von der jeweils vorgeschalteten Codescheibe antreibbar ist.The invention relates to a multi-stage angle encoder with a Input shaft, whose angular position to be determined absolutely, is with one with the input shaft coupled first angle step code disk and one or more further downstream Angle step code disks, each of which is preferably scanned opto-electronically each code disk via a reduction gear of the respective upstream Code disk is drivable.
Solche bekannte Winkelschrittgeber, die häufig auch Winkelcodierer genannt werden, dienen dazu, beispielsweise für digitale Steuerungen und Regelungen die absolute Winkelstellung der Eingangswelle des Gebers bzw. einer mit dieser verbundenen Welle in digitale elektrische Signale umzusetzen.Such well-known angle encoders, which are often also angle encoders are used, for example, for digital controls and regulations the absolute angular position of the input shaft of the encoder or one connected to it To convert wave into digital electrical signals.
Um auch mehrfache Umdrehungen der Eingangswelle, d.h. Winkel über 360°, absolut bestimmen zu können, werden mehrstufige Winkelschrittgeber oder Multiturn-Winkelschrittgeber verwendet. Bei diesen mehrstufigen Winkelschrittgebern sind zwei oder mehrere Codescheiben hintereinandergeschaltet und über Untersetzergetriebe. gekoppelt. Bei jeder vollen Umdrehung einer Codescheibe wird die nachgeschaltete Codescheibe um einen Schritt weitergedreht. Bei der üblicherweise verwendeten dekadischen Unterteilung der Codescheiben ergibt sich somit, daß die Anzahl der Codescheiben der dezimalen Stellenzahl der mit dem Geber messbaren maximalen Anzahl von Umdrehung der Eingangswelle entspricht.Also by multiple revolutions of the input shaft, i.e. angle over Multi-stage angular incremental encoders or multiturn angular incremental encoders are used to determine 360 ° absolutely used. These multi-stage angle encoders have two or more code disks connected in series and via reduction gear. coupled. With every full One revolution of a code disc turns the downstream code disc by one step turned further. With the commonly used decadic subdivision of the code disks the result is that the number of code disks corresponds to the decimal number of digits corresponds to the maximum number of revolutions of the input shaft that can be measured with the encoder.
Beiden bekannten mehrstufigen Winkelschrittgebern sindde hintereinandergeschalteten Codescheiben koaxial zu der Eingangswelle und in Axialrichtung gegeneinander versetzt angeordnet. Dies hat eine nachteilige große axiale Baulänge des mehrstufigen Gebers zur Folge, wenn mehrere Codescheiben benötigt werden, um mehrstellige Umdrehungszahlen der Eingangswelle messen zu können.The two known multi-stage angle encoders are connected in series Code disks coaxial with the input shaft and offset from one another in the axial direction arranged. This has a disadvantageous large axial length of the multi-stage encoder as a result, when several code disks are required, for multi-digit numbers of revolutions the input shaft to be able to measure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrstufigen Winkelschrittgeber der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß mehrere Codescheiben vorgesehen sein können, um mehrstellige Umdrehungszahlen erfassen zu können, ohne daß dadurch die Abmessungen und insbesondere die axiale Abmessung des Gebers wesentlich vergrößert werden.The invention is based on the object of a multi-stage angle incremental encoder of the type mentioned so that several code disks are provided can be in order to be able to record multi-digit revolutions without this the dimensions and in particular the axial dimension of the encoder is significantly increased will.
Diese Aufgabe wird bei einem mehrstufigen Winkelschrittgeber der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß wenistens zwei Codescheiben in einer Ebene mit parallel und exzentrisch zur Eingangswelle verlaufenden Drehachsen angeordnet sind.In the case of a multi-stage angle incremental encoder, this task is the one at the beginning mentioned type solved in that at least two code disks in one plane arranged with axes of rotation running parallel and eccentrically to the input shaft are.
Durch die Anordnung von mehreren Codescheiben in einer Ebene wird die axiale Baulänge des Gebers auch durch mehrere Codescheiben nicht vergrößert. Die Zahl der Codescheiben, die in einer Ebene angeordnet werden können, ist zumindest theoretisch nicht begrenzt. Um jedoch die Abmessungen des Gebers senkrecht zur Eingangswelle gering zu halten und die angestrebte kompakte Bauweise zu erreichen, ist es zweckmäßig, die in einer Ebene liegenden Codescheiben so anzuordnen, daß ihre Drehachsen gleichen radialen Abstand von der Eingangswelle aufweisen.By arranging several code disks in one plane the overall axial length of the encoder is not increased, even if several code disks are used. The number of code disks that can be arranged in one plane is at least theoretically not limited. However, the dimensions of the encoder perpendicular to the input shaft to keep it low and to achieve the desired compact design, it is useful to to arrange the code disks lying in one plane so that their axes of rotation are the same have radial distance from the input shaft.
In diesem Falle können etwa 5 bis 6 Codescheiben in einer Ebene kreisförmig um die Eingangswelle angeordnet werden, ohne daß der Durchmesser der Codescheiben für die erforder liche Winkelauflösung zu klein wird.In this case about 5 to 6 code disks can be circular in one plane can be arranged around the input shaft without affecting the diameter of the code disks is too small for the required angular resolution.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können dabei alle Codescheiben in einer Ebene angeordnet sein.In an advantageous embodiment of the invention, can all code disks be arranged in one plane.
Dies hat den Vorteil einer besonders geringen axialen Baulänge des Gebers.This has the advantage of a particularly short overall axial length of the Donor.
Bei dieser Ausführungsform liegt jedoch auch die erste, unmittelbar mit der Eingangswelle gekoppelte Codescheibe exzentrisch zur Eingangswelle. Um die radiale Abmessung des Gebers gering zu halten, muß daher auch diese erste Codescheibe im Durchmesser verhältnismäßig klein gehalten werden.In this embodiment, however, the first is also immediately Code disk coupled to the input shaft eccentric to the input shaft. To the To keep the radial dimension of the encoder small, this first code disk must therefore also be used can be kept relatively small in diameter.
Bei dieser Ausführungsform bestehen daher Einschränkungen in Bezug auf die erreichbare Winkelauflösung.In this embodiment, therefore, there are limitations in relation on the achievable angular resolution.
Auch bei dieser Ausführungsform ist jedoch eine hohe Winkelauflösung erreichbar, wenn die erste Codescheibe über ein Ubersetzungsgetriebe mit der Eingangswelle gekoppelt ist.In this embodiment too, however, there is a high angular resolution achievable when the first code disk is connected to the input shaft via a transmission gear is coupled.
Einer Umdrehung der Eingangswelle um 360° entsprechen dann je nach dem Übersetzungsverhältnis mehrere Umdrehungen der ersten Codescheibe. Auch mit einer Unterteilung der ersten Codescheibe in eine geringere Anzahl von Winkelschritten kann somit eine hohe Winkelauflösung für die Eingangswelle erhalten werden. Zwangsläufig werden dabei jedoch die ersten zwei Codescheiben benötigt, um eine Drehung der Eingangswelle um 360° zu bestimmen. Die Gesamtzahl der mit den zur Verfügung ptehendep sCQ;descheiben messbaren Umdrehungen wird daher um eine Dezimalstelie verkleinert.One rotation of the input shaft by 360 ° then corresponds to, depending on the transmission ratio several revolutions of the first code disk. Also with a subdivision of the first code disk into a smaller number of angular steps a high angular resolution can thus be obtained for the input shaft. Inevitably however, the first two code disks are required to rotate the input shaft to determine 360 °. The total number of disks available with the ptehendep sCQ; des measurable revolutions is therefore reduced by one decimal place.
In einer anderen Ausführungsform wird eine hohe Winkelauflösung dadurch erreicht, daß die erste Codescheibe konzentrisch zur Eingangswelle und alle weiteren Codescheiben in einer gemeinsamen gegen die erste Codescheibe axial versetzten, zu dieser parallelen Ebene angeordnet sind. Die erste Codescheibe kann in diesw Ausführungsform einen großen Durchmesser aufweisen, so daß sie eine hohe Winkelauflösung ermöglich. Auch bei dieser Ausführungsform wird noch eine erhebliche Verringerung der axialen Baulänge gegenüber herkömmlichen mehrstufigen Gebern erhalten.In another embodiment, a high angular resolution is thereby achieved achieves that the first code disk is concentric to the input shaft and all others Axially offset code disks in a common against the first code disk, are arranged to this parallel plane. The first code disk can be used in this way Embodiment have a large diameter, so that they have a high angular resolution possible. In this embodiment, too, there is still a considerable reduction the overall axial length compared to conventional multi-stage encoders.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel, das weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigt, wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 - einen Querschnitt eines Winkelschrittgebersgem.An embodiment that further features and advantages of the invention shows is explained below with reference to the drawing. They show: Fig. 1 - a Cross-section of an angle encoder according to
der Erfindung und Fig. 2 - einen Axialschnitt dieses Gebers. of the invention and FIG. 2 - an axial section of this encoder.
Der Winkelschrittgeber weist eine kreisscheibenförmige Grundplatte 10 auf, in welcher konzentrisch eine Eingangswelle 12 gelagert ist, die die zu messende Welle darstellt oder an diese angekuppelt wird. Auf die Grundplatte lo ist ein abdeckendes Gehäuse 14 aufgesetzt.The angular incremental encoder has a circular disk-shaped base plate 10, in which concentrically an input shaft 12 stored that represents the shaft to be measured or is coupled to it. On the A covering housing 14 is placed on the base plate lo.
Auf dem in das Gehäuse 14 hineinragenden Stummel der Welle 12 sitzt drehfest eine Nabe 16. Gegebenenfalls kann diese Nabe 16 mit der Welle 12 auch über eine Rutschkupplung verbunden sein, wie sie in der DE-OS 24 48 239 beschrieben ist.Seated on the stub of the shaft 12 protruding into the housing 14 a hub 16 in a rotationally fixed manner. If necessary, this hub 16 can also be connected to the shaft 12 via be connected to a slip clutch, as described in DE-OS 24 48 239.
Auf dem äußeren Ende der Nabe 16 sitzt drehfest konzentrisch eine erste Codescheibe 18, die somit drehfest auf der Eingangswelle 12 sitzt und deren absolute Winkelstellung anzeigt.On the outer end of the hub 16 sits a concentrically non-rotatable first code disk 18, which is thus non-rotatably seated on the input shaft 12 and its indicates absolute angular position.
Parallel zu der ersten Codescheibe 18 befindet sich zwischen dieserunddem Abdeckgehäuse 14 eine gehäusefeste Platine 20.Parallel to the first code disk 18 is located between this and that Cover housing 14 is a circuit board 20 fixed to the housing.
Auf der der Platine 20 abgewandten Seite der ersten Codescheibe 18 befindet sich eine weitere parallele gehäusefeste Platine 22. Auf der Platine 22 sind Sender, z.B. Lichtquellen und auf der Platine20 Empfänger, z.B. fotoelektrische Zellen in an sich bekannter Weise zum Abtasten der Codierung der ersten Codescheibe 18 und zur Umwandlung dieser Codierung in elektrische Signale angeordnet.On the side of the first code disk 18 facing away from the circuit board 20 There is another parallel board 22 fixed to the housing. On board 22 are transmitters, e.g. light sources and on the board20 receivers, e.g. photoelectric Cells in a manner known per se for scanning the coding of the first code disk 18 and arranged to convert this coding into electrical signals.
. " X~ . . "X ~.
In einer der ersten Cpßgacheibë 18 parallelen Ebene sind auf der der Grundplatte 1o zugewandten Seite der Platine 22 fünf weitere Codescheiben 24a bis 24e angeordnet. Diese Codescheiben 24a bis 24e sitzen jeweils mittels Naben 26a bis 26e drehbar auf Drehachsen 32 a bis 32e, die in gleichem radialem Abstand von der Eingangswelle 12 und im gleichen gegenseitigen Winkelabstand in der Grundplatte 10 befestigt sind.In one of the first Cpßgacheibë 18 parallel plane are on the The side of the circuit board 22 facing the base plate 1o five more code disks 24a to 24e arranged. These code disks 24a to 24e are each seated by means of hubs 26a to 26e rotatable on axes of rotation 32a to 32e, which are at the same radial distance from the input shaft 12 and at the same mutual angular distance in the base plate 10 are attached.
Die Codescheiben 24a bis 24e weisen einen solchen Durchmesser auf, daß sie sich zwischen die Nabe 16 und das Abdeckgehäuse 14 einfügen. Sie werden in an sich bekannter Weise vorzuysweise opto-elektronisch abgetastet, wobei sich die Empfänger auf der den Codescheiben 24a bis 24e zugewandten Seite der Platine 22 und die Sender auf einer weiteren gehäusefesten Platine 34 befinden.The code disks 24a to 24e have a diameter such that that they fit between the hub 16 and the cover housing 14. you will be in a known manner vorzuysweise opto-electronically scanned, whereby the receivers on the side of the board facing the code disks 24a to 24e 22 and the transmitters are located on a further circuit board 34 which is fixed to the housing.
Die Nabe 26a weist ein Zahnrad 18a auf, das in ein Zahnrad 36 eingreift, welches an der Nabe 16 an deren der Grundplatte 1o zugewandtem Ende ausgebildet ist. Anschließend an das Zahnrad 28a ist die Nabe 26 a als Ritzel 30a ausgebildet.The hub 26a has a gear 18a which meshes with a gear 36, which is formed on the hub 16 at its end facing the base plate 1o is. Subsequent to the gear 28a, the hub 26a is designed as a pinion 30a.
Die Naben 26b bis 26d weisen an ihrem der Grundplatte 1o zugewandten axialen Abschnitt jeweils ein Zahnrad 38 b bis 38d und axial daran anschxießend ein Ritzel 40b bis 40d auf.The hubs 26b to 26d point towards the base plate 1o axial section in each case a gear 38 b to 38 d and axially adjoining it a pinion 40b to 40d.
Die Nabe 26e der letzten Codescheibe 24e weist nur ein Zahnrad 38e auf.The hub 26e of the last code disk 24e has only one gear 38e on.
Auf halbem Winkelabstand zwischen den Drehachsen 32 a bis 32 e sind mittels Drehachsen 42 jeweils Zwischen zahnräder 44 drehbar an der Grundplatte 10 angebracht, die untereinander gleichen radialen Abstand von der Eingangswelle 12 aufweisen. Die Zwischenzahnräder 44 weisen axial aneinander anschließend jeweils ein Ritzel 46 und ein Zahnrad 48 auf. Das Zahnrad 48 greift jeweils in das Ritzel 30a bzw. 40 b bis 40d der vorgeschalteten Nabe 26a bis 26d ein, während das Ritzel 44 in das Zahnrad 38b bis 38e der nachgeschalteten Nabe 26b bis 26e eingreift.At half the angular distance between the axes of rotation 32 a to 32 e each intermediate gearwheels 44 can be rotated on the base plate 10 by means of axes of rotation 42 attached, the same radial distance from the input shaft 12 exhibit. The intermediate gears 44 each axially adjoin one another a pinion 46 and a gear 48. The gear 48 meshes with the pinion 30a or 40b to 40d of the upstream hub 26a to 26d, while the pinion 44 engages in the gear 38b to 38e of the downstream hub 26b to 26e.
Im folgenden wird die Funktionsweise des Winkelschrittgebers erläutert: Mit der Eingangswelle 12, deren jeweilige Winkelstellung zu bestimmen ist, dreht sich die erste Codescheibe 18 und die Nabe 16. Die Drehung der Nabe 16 wird über die Zahnräder 36 und 28a mit einem vorgegebenen Untersetzungsverhältnis auf die Codescheibe 24a übertragen. Die Drehung der Codescheibe 24a und ihrer Nabe 26a wird über das Zwischenza4prad 4 tmit 4vopçgegebenem Untersetzungsverhältnis auf die Codescheibe 24b, von dieser über das anschließende Zwischenzahnrad 44 mit vorgegebenem Untersetzungsverhältnis an die nachfolgende Codescheibe 24c usw. bis zur letzten Codescheibe 24e übertragen.The function of the angle incremental encoder is explained below: With the input shaft 12, the respective angular position of which is to be determined, rotates the first code disk 18 and the hub 16. The rotation of the hub 16 is over the gears 36 and 28a with a predetermined reduction ratio to the Transfer code disk 24a. The rotation of the code disk 24a and its hub 26a is Via the 4 t intermediate gear with a given reduction ratio of 4 to the code disk 24b, from this via the adjoining intermediate gear 44 with a predetermined reduction ratio to the following code disk 24c and so on to the last one Code disk 24e transferred.
Das Untersetzungsverhältnis der von den Naben 26a bis 26e und den Zwischenzahnrädern gebildeten Untersetzungsgetriebe zwischen den einzelnen Codescheiben 24a bis 24e beträgt z.B. 1o:1, so daß die einzelnen Codescheiben die Zahl der Umdrehungen der Eingangswelle 12 im Dezimalsystem anzeigen.The reduction ratio of the hubs 26a to 26e and the Reduction gears formed between the individual code disks 24a to 24e is e.g. 1o: 1, so that the individual code disks have the number of revolutions of the input shaft 12 in the decimal system.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Codescheibe 18 in tausend Winkelschritte unterteilt, so daß sich eine Winkelauflösung von einer tausendstel Umdrehung ergibt. Die erste Codescheibe 18 ist jedoch nur mit zwei Dekaden codiert, während die dritte Dekade dieser Unterteilung in tausend Winkelschritte durch die Codescheibe 24a gezählt wird, in-dem das Untersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 36 und 28a als 1 : 1 gewählt ist.In the exemplary embodiment shown, the first code disk is 18 divided into a thousand angular steps, so that an angular resolution of one thousandths of a turn. The first code disk 18 is, however, only with two decades encoded during the third decade of this division into a thousand angular steps is counted by the code disk 24a, in-which the reduction ratio between the gears 36 and 28a is selected as 1: 1.
Die Maßnahme hat den Vorteil, daß zur Codierung der ersten Codescheibe 18 nur zwei radial angeordnete Codespuren benötigt werden und demzufolge der Durchmesser der Codescheibe 18 und damit die gesamten radialen Abmessungen des Gebers kleiner gehalten werden können.The measure has the advantage that for coding the first code disk 18 only two radially arranged code tracks are required and consequently the diameter the code disk 18 and thus the total radial dimensions of the encoder are smaller can be held.
In dieser Ausführungsform zählt somit die erste Codescheibe 18 die Dekaden lo und 101, die Codescheibe 24a die Dekade 102, die CQdescheibe 24b die Dekade p3 und die Codescheibe 24 schließlich die Dekade 106.In this embodiment, the first code disk 18 thus counts Decades lo and 101, the code disk 24a the decade 102, the CQdescheibe 24b the Decade p3 and code disk 24 finally decade 106.
Der Geber kann somit bis zu 10.ooo.»ço-Umdrehungen mit einer Winkelauflösung von einer looostel Umdrehung absolut bestimmen.The encoder can thus make up to 10, ooo. »Ço revolutions with an angular resolution to determine absolutely from a looostel turn.
In einer anderen,nicht dargestellten Ausführungsform, die eine noch geringere axiale Baulänge aufweist, wird die erste Codescheibe 18 und das zugehörige opto-elektronische Abtastsystem weggelassen.In another embodiment, not shown, the one still has a smaller overall axial length, the first code disk 18 and the associated opto-electronic scanning system omitted.
Die Codescheibe 24a ist dann die erste Codescheibe, die die Winkelauflösung bestimmt. In diesem Falle werden die Zahnräder 36 und 28a mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 ausgebildet, so daß eine Umdrehung der Eingangswelle 12 einer Umdrehung der Codescheibe 24a entspricht.The code disk 24a is then the first code disk that provides the angular resolution certainly. In this case, the gears 36 and 28a with a gear ratio of 1: 1, so that one revolution of the input shaft 12 one revolution corresponds to the code disk 24a.
Der verhältnismäßig kleine Durchmesser der Codescheibe 24a läßt bei dieser Ausführungsform allerdings auch nur eine geringere Winkelauflösung zu.The relatively small diameter of the code disk 24a allows however, this embodiment also only has a lower angular resolution.
Dieser Nachteil kann dadurch beseitigt werden, daß die Zahnräder 36 und 28 a als übersetzungsgetriebe ausgebildet sind.This disadvantage can be eliminated in that the gears 36 and 28 a are designed as a transmission gear.
Einer Umdrehung der Eingangswelle 12 entsprechen dann mehrere Umdrehungen der Codescheibe 24a. Mit einer geringeren Winkelschrittunterteilung der Codescheibe 24a kann somit eine hohe Winkelauflösung für die Drehung der Eingangswelle 12 erhalten werden.One revolution of the input shaft 12 then corresponds to several revolutions the code disk 24a. With a smaller angular step subdivision the Code disk 24a can thus have a high angular resolution for the rotation of the input shaft 12 can be obtained.
Durch diese Maßnahme wird selbstverständlich die Anzahl der Dekaden und damit die Gesamtzahl der zu messenden Umdrehungen der Eingangswelle 12 verringert, die mit den fünf Codescheiben 24a bis 24e gemessen werden können.This measure naturally increases the number of decades and thus the total number of revolutions to be measured of the input shaft 12 is reduced, which can be measured with the five code disks 24a to 24e.
Claims (7)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: STEGMANN & CO KG, 7710 DONAUESCHINGEN, DE |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8331 | Complete revocation |