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Title:
CONTACT-FREE POSITION AND/OR PATH IDENTIFICATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/031465
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for the contact-free identification of the position of and/or path travelled by an element moving along a path. Said device comprises a series connection of several resistors (R), which series connection is switched between a first voltage potential (V¿S?) and a second voltage potential (G ND), as well as several electronic switches which can be switched without contact and are positioned between the connecting points of neighbouring resistors (R) and a common connecting line which is possibly connected to the second voltage potential (GND) via a current-limiting resistor. The switches are arranged one after another along the path and are switched in a contact-free manner by a radiation-emitting actuating unit arranged in particular on the moving element.

Inventors:
KOHLHAAS PAUL (DE)
Application Number:
PCT/EP1998/008288
Publication Date:
June 24, 1999
Filing Date:
December 17, 1998
Export Citation:
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Assignee:
EIDENBERG GMBH & CO KG (DE)
KOHLHAAS PAUL (DE)
International Classes:
G01D5/165; G01D5/18; G01D5/25; (IPC1-7): G01D5/25; G01D5/18
Foreign References:
DE29620485U11997-02-20
DE2538275A11976-10-28
EP0588383A21994-03-23
Attorney, Agent or Firm:
Hilleringmann, Jochen (Deichmannhau Bahnhofsvorplatz 1 Köln, DE)
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Claims:
A N S P R t C H E
1. Vorrichtung zur berührungslosen Erkennung der Position und/oder des zurückgelegten Weges eines sich entlang eines Weges bewegenden Elements, mit einer Reihenschaltung aus mehreren Widerständen (R), wobei die Reihenschaltung zwischen einem ersten Spannungspotential (Vss) und einem zwei ten Spannungspotential (GND) geschaltet ist, und mehreren beruhrungslos zu schaltende elektroni schen Schaltern, die zwischen die Verbindungs punkte jeweils benachbarter Widerstände (R) und eine gemeinsame gegebenenfalls tuber einen Strombegrenzungswiderstand mit dem zweiten Spannungspotential (GND) verbundene Verbin dungsleitung geschaltet sind, wobei die Schalter entlang des Weges in einem bestimmten Abstand aufeinanderfolgend angeordnet sind, und einer Energie abgebenden Auslöseeinheit zum beruhrungslosen Schalten der elektronischen Schalter, wobei entweder die Schalteranordnung oder die Auslöseeinheit mit dem bewegbaren Element koppelbar ist, der Abstrahlbereich, in dem die Auslöseeinheit Energie abgibt, und der Abstand benachbarter Schalter derart gewählt sind, daß die Energie auf die Schalteranordnung in einem Bereich auftrifft, dessen Erstreckung entlang des Weges mindestens das 1%fauche des Abstandes benachbarter Schalter beträgt, und zwischen der Verbindungsleitung und dem zweiten Spannungspotential (GND) eine Ausgangsspannung abgreifbar ist, deren Pegel dem bzw. den ge schalteten der Schalter entspricht und damit die augenblickliche Relativposition der Auslöseeinheit zu der Schalteranordnung repräsentiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auslöseeinheit ein die Energie abgebendes Auslöseelement aufweist und daß das Auslöseelement mit dem bewegbaren Element koppelbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstrahlbereich der von dem Auslöseelement abgegebenen Energie durch eine Optik und/oder Blende bestimmt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auslöseeinheit mehrere jeweils Energie abgebende Auslöseelemente aufweist, die den Schaltern der Schalteranordnung gegenüber liegend entlang des Weges angeordnet sind, und daß die Auslöseeinheit ferner ein Abschattungselement aufweist, das zwischen der Schalteranordnung und den Auslöseelementen angeordnet und mit dem bewegbaren Element koppelbar ist und das eine Öffnung aufweist, durch die hindurch Energie, die von mindestens zwei benachbarten Auslöseelementen, in deren Bereich sich die Öffnung befindet, Energie zu zumindest Teilen der beiden diesen Auslöseelementen gegenüberliegenden Schaltern gelant.
5. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dag das Auslöseelement ein elektromagnetische Strahlung, insbesondere IRStrahlung aussendendes Element ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslöseelement ein Schall, insbesondere Ultraschall, aussendendes oder ein Magnetfeld erzeugendes Element ist.
7. Stellglied mit einem feststehenden Element sowie einem dazu relativ bewegbaren Element und einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Description:
Berührunqslose Positions-und/oder Weqerkennunq Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungs- losen Erkennung der Position und/oder des zurückgeleg- ten Weges Bewegung eines sich entlang eines Weges be- wegenden Elements.

Bei automatischen Fertigungsprozessen sind zahlreiche oszillierende Bewegungen diverser Anlagenteile und Ge- rate zum Greifen, Positionieren, Halten, Spannen etc. vorhanden. Far die Steuerung des automatischen Ablaufes ist die jederzeitige Information der jeweiligen Stel- lung der Anlagenkomponenten unerlä$1ich. Bei einfache- ren Anlagen und Prozessen kann Erfassung und Informa- tion der Endstellungen ausreichend sein. Für diese End- stellungsmeldungen ist beim derzeitigen technischen Stand eine Vielzahl von Endschaltern unterschiedlich- ster Arbeitsweise bekannt. Bei großen komplexen Ferti- gungsstraßen mit vielen in sich verschachtelten Einzel- bewegungen wird die Kenntnis nur der Endlagen unzu- reichend. Die zusätzliche, möglichst stufenlose Infor- mation beliebiger Zwiscnenstellungen kann den gesamten automatischen Ablauf erheblich optimieren.

Ein ausgedehntes Anwendungsgebiet far Weg-und Stel- lungssensorik an Anlagenkomponenten besteht in der ge- samten chemischen Industrie, Petrochemie, Klimatechnik, wo besonders die Meldung beliebiger Zwischenstellungen von Ventilen, Klappen etc. grundsätzliche Bedeutung far die Prozeßautomaten hat. Wenn auch die Stellhäufigkeit geringer ist, so hat doch ein kontakt-und berührungs- loses System in diesen Bereichen den Vorzug.

Eine Sensorik, die ohne Einschränkung auf den angeführ- ten Anwendungsgebieten einsetzbar ist, muS eine Anzahl grundsätzlicher Eigenschaften erfullen : -volige Unempfindlichkeit gegenuber starken Mag- netfeldern (Schweißströme) -Lebensdauer immer wesentlich gruger als Maschinen- lebensdauer -kleine Abmessungen und leichte Anpassung an jewei- lige Komponentenmechanik -unempfindlich gegen stoßartige Bewegung und Er- schutterung <BR> <BR> <BR> -Linearitat und Auflosung moglichst 5 k vom<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> Meßweg -hohe Temperaturstabilität -normiertes Ausgangssignal 0-20 mA und -gringe, dem Anwendungsfall angemessene Stick- kosten.

Die bisher bekannte Sensorik kann die gewünschten Eigenschaften aus den nachfolgenden Gründen nur teil- weise erreichen.

1. Elektrische Widerstandsgeber, Potentiometer sind eine technisch klare und viel angewendete Sensorik zur Umformung einer mechanischen Weginformation in eine elektrische Meßgröße. Systembedingte Schwach- stelle aller Widerstandsgeber ist die standing be- wegte und Verschleiß unterworfene Kontaktstelle Widerstandsbahn-Schleifer, was die Betriebs- sicherheit bei Einsatz mit großer Anzahl von Be- wegungsspielen in Frage stellt.

2. Induktiv arbeitende Weggebersysteme haben das Problem des Kontaktverschleißes nicht, sind aber systembedingt empfindlich gegen fremde Magnetfel-

der und daher nur bedingt bei Anlagen mit Schweiß- vorgängen einsetzbar. Für den einfachen Anwen- dungsfall sind allgemein auch die Kosten zu hoch.

3. Systeme auf Basis Kapazitätsänderung oder Ultra- schall sind von Aufwand und Kosten nicht far den massierten Einsatz z. B. in Fertigungsstraßen ge- eignet.

Aus US-PS-3,976,963 ist ein induktiv arbeitendes Weg- gebersystem bekannt, bei dem mehrere Reed-Kontakt- schalter mit einem ersten gemeinsamen Spannungspoten- tial verbunden sind, wobei zwischen die anderen An- schlusse jeweils zweier benachbarter Reed-Kontakt- schalter jeweils ein Widerstand einer Widerstands- Reihenschaltung geschaltet ist, die zwischen dem ge- meinsamen Spannungspotential und einem zweiten Span- nungspotential geschaltet sind. Das bewegbare Element weist einen Schaltmagneten auf, der bei Bewegung ent- lang der Reed-Kontaktschalter diese ein-bzw. ausschal- tet. Mit den Reed-Schaltkontakten lassen sich jeweils nur die Zustände"EIN"und"AUS"schalten. Die Aus- gangskennlinie dieses induktiven Weggebersystems ist also in starkem Mage nicht linear. Insbesondere lassen sich anhand dieser Ausgangskennlinie keinerlei Informa- tionen tuber die Position des Schaltmagneten im Bereich zwischen zwei Reed-Kontaktschaltern entnehmen.

Aus DE-B-25 38 275 ist eine Lichtschranke mit mehreren lichtaussendenden Elementen und diesen gegenüber- liegenden lichtempfangenden Schaltern bekannt, die parallel zu einer widerstandsfreien Schaltung geschaltet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein berüh- rungslos arbeitendes Weggebersystem zu schaffen, bei dem trotz Verwendung voneinander beabstandeter elektro- nischer Schaltelemente eine Aussage aber das bewegbare Element auch dann möglich ist, wenn sich dieses Element im Bereich zwischen zwei benachbarten der elektroni- schen Schalter befindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur beruhrungslosen Erkennung der Position und/oder des zurückgelegten Weges eines sich entlang eines Weges bewegenden Elements vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit veiner Reihenschaltung aus mehreren Widerständen, wobei die Reihenschaltung zwischen einem ersten Spannungspotential und einem zweiten Spannungspotential geschaltet ist, und -mehreren berührungslos zu schaltende elektroni- schen Schaltern, die zwischen die Verbindungs- punkte jeweils benachbarter Widerstände und eine gemeinsame gegebenenfalls tuber einen Strombegrenzungswiderstand mit dem zweiten Spannungspotential verbundene Verbindungsleitung geschaltet sind, wobei die Schalter entlang des Weges in einem bestimmten Abstand aufeinanderfol- gend angeordnet sind, und veiner Energie abgebenden Auslöseeinheit zum berüh- rungslosen Schalten der elektronischen Schalter, wobei -entweder die Schalteranordnung oder die Auslöseeinheit mit dem bewegbaren Element koppelbar ist, -der Abstrahlbereich, in dem die Auslöseeinheit Energie abgibt, und der Abstand benachbarter Schalter derart gewählt sind, daß die Energie auf

die Schalteranordnung in einem Bereich auftrifft, dessen Erstreckung entlang des Weges mindestens das 1M-fache des Abstandes benachbarter Schalter beträgt, und -zwischen der Verbindungsleitung und dem zweiten Spannungspotential eine Ausgangsspannung abgreifbar ist, deren Pegel dem bzw. den ge- schalteten der Schalter entspricht und damit die augenblickliche Relativposition der Auslöseeinheit zu der Schalteranordnung repräsentiert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden also als beruhrungslos zu schaltende Schalter elektronische, d. h. Halbleiter-Schalter eingesetzt, die bei Aussetzung einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere von IR-Strahlung vom leitenden in den sperrenden Zustand übergehen. Das bewegbare Element ist mit einem elektro- magnetische Strahlung aussendenden Auslöseelement ver- sehen, dessen Strahlung in einem Abstrahlbereich (Ab- strahlwinkel) ausgesendet wird. Die Anordnung der elek- tronischen Schalter und des Auslöseelements ist derart getroffen, daß sich bei Bewegung des bewegbaren Elements entlang der Aufeinanderfolge von elektroni- schen Schaltern jeweils mindestens zwei elektronische Schalter zumindest teilweise im Abstrahlbereich des Auslöseelements befinden. Die Intensität der Energie (Strahlung) des Auslöseelements, bei dem es sich insbesondere um eine IR-Diode handelt, ist zwar konstant aber nicht gleichmäßig, da die Intensität der Strahlungsenergie zu den Rändern des Abstrahlbereichs abfallt. Die elektronischen Schalter werden also in dem Augenblick, in dem sie der Randzone des Abstrahl- bereichs der Strahlung ausgesetzt sinà, zunächst einen Zwischenzustand zwischen dem sperrenden und dem leitenden Zustand uberfuhrt. Der Einschalt-Zustand der

elektronischen Schalter erfolgt also nicht schlagartig, sondern allmählich, was zu einer"Glättung"der Ausgangskennlinie der erfindungsgemäßen Vorrichtung fuhrt. Mit anderen Worten stellt sich also eine Ausgangskennlinie ein, die im wesentlichen stetig und differenzierbar ist, so daß über die Position des Auslöseelements auch dann eine Aussage getroffen werden kann, wenn sich das Auslöseelement gerade zwischen zwei benachbarten elektronischen Schaltern befindet.

Die Grole des Abstrahlbereichs kann bei dem Auslöse- element durch eine entsprechende Optik und/oder Blende bestimmt sein bzw. einstellbar sein. tuber derartige optische Elemente, insbesondere Filter o. dgl. ist es dann auch möglich, Einfluß auf die Intensitats- verteilung der Strahlungsenergie innerhalb des Abstrahlbereichs zu nehmen. Damit wiederum wird der Schaltzeitpunkt und die Art des Umschaltens der einzelnen Schalter beeinflußt. All diese Parameter können eingestellt werden bzw. entsprechend vorgegeben sein, um eine möglichst exakte kontinuierliche und hoch auflösende Detektion des zurückgelegten Weges bzw. der Position des bewegbaren Elements zu erzielen.

Alternativ zu der zuvor beschriebenen Konstruktion der Vorrichtung ist es selbstverständlich auch möglich, das Auslöseelement feststehend anzuordnen, um relativ zu diesem die Aufeinanderfolge von elektronischen Schal- tern zu bewegen. Als weitere Alternative ist daran ge- dacht, aber eine verschiebbare Blende jeweils selektiv die elektronischen Schalter der elektromagnetischen Strahlung auszusetzen. Die Blende wurde insoweit die Funktion des Auslöseelements übernehmen, wobei die Blende dabei zwischen der Aufeinanderfolge der elektro- nischen Schalter einerseits und einer elektromagneti-

sche Strahlung abgebenden Anordnung von Auslöse- elementen andererseits angeordnet ist. Das zuvor beschriebene"Blendensystem"eignet sich insbesondere bei Drehwinkelkodierern, da dieser Aufbau dann nicht zu einerVerlangerung'der Gesamtanordnung in einer End- stellung fart, wie es bei einem auf dem Blendenprinzip aufbauenden Lineardetektor der Fall wäre, somit also platzsparend ist.

Bei dem zuvor beschriebenen"Blendensystem"sind die Ausloseelemente der Auslöseeinheit den berührungslos zu schaltenden Schaltern der Schalteranordnung gegenüber- liegend angeordnet. Jedem Schalter ist also ein Auslöseelement direkt zugeordnet. Je nach Position der Öffnung in einem zwischen die Anordnungen von Schaltern und Ausloseelementen langs des Weges bewegbaren Abschattungselements gelangt jedoch auf einen Schalter nicht nur die Strahlungsenergie des diesem direkt gegenüberliegenden Auslöseelements, sondern auch Strahlungsenergie aus der Randzone des Abstrahlbereichs eines diesem Auslöseelement benachbarten Auslöse- elements. Damit kommt es sozusagen zu einem"Über- sprechen", was wiederum den Vorteil mit sich bringt, daß die Schalter nicht schlagartig eingeschaltet werden. Hierzu trägt, wie oben erläutert auch bei, dag die Schalter eine ebenfalls nicht ideale schlagartige Einschaltcharakteristik aufweisen, da es sich um Halb- leiterbauelemente handelt.

Nachfolgend werden anhand der Figuren zwei Ausführungs- beispiele der Erfindung naher erlautert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Beschaltung einer Vorrichtung gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel mit einem einzigen sich entlang von Phototransistoren bewegenden licht- aussendenden Auslöseelement, wobei die Situation bei Bewegung des Auslöseelements strichpunktiert dargestellt ist, und Fign. 2 bis 4 schematische Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem mehrere jeweils paarweise einander gegenüberliegend angeordnete Schalter und Auslöseelemente mit einer dazwischen angeordneten verschiebbaren Blende vorgesehen sind.

Hauptbestandteile der Vorrichtung 10 sind ein Spannungsteiler 12, der aus einer grö$eren Anzahl n in Reihe geschalteter gleichgroßer Widerstände R besteht, und eine gleiche Anzahl n Halbleiterschalter T (nachfolgend Phototransistoren genannt), deren Schalt- lage kontaktlos und potentialfrei durch z. B. Infrarot- einfluß gesteuert werden kann. Die Phototransistoren T weisen jeweils eine strahlungsempfindliche Flache 14 auf. Jede Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten Widerständen R ist mit dem Kollektor eines Transistors T verbunden. Die Reihenschaltung der Widerstande R ist zwischen vss und Masse GND geschaltet, während die Emitter der Transistoren T tuber einen Strombegrenzungs- widerstand S mit Masse GND verbunden sind. Der Spannungsabfall aber jeden Widerstand R ist AU. Wird die strahlungsempfindliche Flache 14 eines der Transistoren T einer IR-Emission ausgesetzt, geht dieser Phototransistor in den leitenden Zustand aber und schaltet das jeweilige, an seinen Kollektor zwischen zwei Widerständen R anstehende Spannungs- potential U auf die gemeinsame Emitter-Meßleitung 16

durch, an die die Emitter sämtlicher Phototransistoren angeschlossen sind.

Werden die Phototransistoren T geometrisch so in einer Reihe angeordnet, wie sie im Schaltbild elektrisch mit dem Spannungsteiler verbunden sind, so wird ein tuber sie hinweg geführtes, IR-Strahlung aussendendes Auslöseelement E einer Auslöseeinheit 18 (nachfolgend IR-Emitterelement genannt) je nach Bewegungsrichtung ein von 0 Volt bis Vss steigendes oder von Vss bis 0 Volt abfallendes, von der Stellung des IR- Emitterelements abhängiges Spannungspotential auf die Meßleitung schalten.

Wird die Bewegung des IR-Emitterelements E an einen mechanischen Weggeber mit feststehendem Element 20 und bewegbarem Element 22 so gekoppelt, daß die Stellweg- lange des Weges mit der geometrischen Lange der Photo- transistorreihe identisch ist, wird der am Kollektor des jeweils aktivierten Phototransistors T anliegende Spannungspegel auf die Meßleitung 16 geschaltet, <BR> <BR> <BR> <BR> wodurch die Hoche der Meßspannung UM ein Abbild der jeweiligen Wegstellung des bewegbaren Elements 22 ist.

Dieser Spannungspegel ändert sich theoretisch in Sprün- gen der Größe AU = Vss : n. Die Anzahl n der Wider- stade R und Phototransistoren T sollte daher nicht unter 25-30 liegen, um einen theoretischen Sprungwert von 3,5-4, 0 o der maximalen Meßspannung nicht zu überschreiten.

Wie anhand von Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Abstrahlbereich 24 des IR-Emitterelements E gruger als die lichtempfindliche Flache 14 jedes Transistors T.

Der Abstrahlwinkel 26, der Abstand 28 des IR-Emitter-

elements E zu den Phototransistoren T und der Abstand 30 benachbarter Phototransistoren T ist derart gewählt, daß die Strahlungsenergie des Emitters beim Entlang- fahren entlang der Phototransistor-Anordnung die licht- empfindlichen Flache 14 von maximal zwei benachbarten Transistoren T gleichzeitig erfaBt. Vorzugsweise liegt innerhalb des Abstrahlbereichs 24 des IR-Emitter- elements E je nach dessen Position an dem einen Ende die lichtempfindliche Flache 14 des einen Photo- transistors T, während das andere Ende des Abstrahl- bereichs 24 lediglich einen Teil der lichtempfindlichen Flache 14 des benachbarten Phototransistors T erreicht, wobei diese Teilfläche vorzugsweise als die Halte der lichtempfindlichen Flache 14 ist. Mit einer derartigen Anordnung wird erreicht, daß das IR-Emitterelement E jeweils den nächsten in Bewegungsrichtung liegenden Phototransistor T aufgrund einer teilweisen Belichtung schwach belichtet, während der dem IR-Emitterelement E jeweils direkt gegenüberliegende Phototransistor T noch voll belichtet wird. Damit können die Phototransistoren T Zwischenschaltzustände zwischen vollständig eingeschaltet und vollständig ausgeschaltet einnehmen, die zur Glättung der Ausgangs-MeSkurve auf der Meß- leitung 16 beitragen. Den gleichen Effekt kann man erreichen, wenn man berücksichtigt, daß die Strahlungs- intensität innerhalb des Abstrahlbereichs 24 nicht gleichmäßig ist und zu dessen Randzonen hin abfallt.

Dies kann insbesondere auch durch optische Elemente wie vorzugsweise Filter realisiert werden, die dem IR- Emitterelement E vorgelagert sind, sofern das IR- Emitterelement E nicht schon aufgrund seiner Struktur die gewünschte Abstrahlcharakteristik mit Intensitäts- verteilung aufweist.

Da der optische Übergang der IR-Emission auf zwei fol- gende IR-Detektoren in Bewegungsrichtung nicht sprung- haft erfolgt, können bei entsprechender Gestaltung des optischen IR-Weges"weiche"Schaltübergänge entstehen, wobei der Sprungwert auf Werte unter + 1 W zurückgeht.

Der resultierende wegproportionale Spannungspegel er- scheint far die weitere Verarbeitung"stufenlos propor- tonal".

Die beschriebene Neuerung ermöglicht mit einfachem Auf- wand eine beruhrungslose, kontaktlose und stufenlose Erkennung und Umsetzung mechanischer Wege und Stellun- gen in ein wegproportionales, analoges elektrisches Steuersignal.

Anhand der Fign. 2 bis 4 soll nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung naher erlautert werden. Soweit die Elemente dieser alternativen Vorrichtung 10'gleich denen der Vorrichtung 10 der Fig. 1 sind, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Vorrichtung 10'weist wie die Vorrichtung 10 eine Phototransistor-Anordnung auf, die mit einem Spannungs- teiler 12 aus n gleichgroßen Widerständen R verschaltet ist. Die Kollektoren der Phototransistoren T sind dabei mit den Knotenpunkten zwischen benachbarten Transistoren T verbunden, während ihre Emitter mit der Meßleitung 16 verbunden sind, die aber einen Strom- begrenzungswiderstand S mit Masse GND verbunden ist.

Auch der aus den n Widerständen R bestehende Spannungs- teiler 12 mit Spannungsabfallen AU an jedem Widerstand R ist mit Masse GND und der Betriebsspannung V, s verbunden. Die MeBspannung wird an der Meßleitung 16

hinter dem von der Masse GND aus betrachtet letzten Transistor T abgegriffen.

Die Transistoranordnung ist Teil des feststehenden Elements 20, das im Unterschied zur Vorrichtung 10 gemma$ Fig. 1 bei der Vorrichtung 10'gemäß den Fign. 2 bis 4 auch eine Vielzahl von Auslöseelementen E auf- weist. Diese Auslöseelemente E bilden zusammen mit einem längsverschiebbaren Abschattungselement 32, das Bestandteil des bewegbaren Elements 22 des Weggebers ist, die Auslöseeinheit 18. Das Abschattungselement 32 ist mit einer Öffnung 34 versehen, und befindet sich zwischen den Auslöseelementen E und den Photo- transistoren T. Die Phototransistoren T und die Auslöseelemente E sind direkt einander gegenuberliegend angeordnet. Die Erstreckung der Öffnung 34 in Bewegungsrichtung des Abschattungselements 32 ist derart gewählt, daß unter Berücksichtigung des Abstandes benachbarter Phototransistoren T sowie benachbarter IR-Emitterelemente E und des Abstandes einander gegenüberliegender Phototransistoren und IR- Emitterelemente vom Abstrahlbereich eines Emitter- elements je nach Position des Abschattungselements 32 neben der vollen Belichtung der lichtempfindlichen Flache 14 eines Phototransistors T auch die licht- empfindliche Flache zumindest eines benachbarten Photo- transistors T zumindest teilweise erfaßt wird. Damit kommt es auch hier zu den bereits im Zusammenhang mit dem Ausfuhrungsbeispiel gema Fig. 1 erwahnten Zwischenschaltzuständen der Phototransistoren T, da diese bei Bewegung des Abschattungselements zunächst schwach, dann stark und dann wieder schwach belichtet werden.

Der effektiv sich auf die Phototransistoren T auswirkende Abstrahlbereich der IR-Emitterelemente E bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch die Öffnung 34 und die oben erwähnten Abstände bestimmt. Es ist durchaus möglich, daß die IR-Emitterelemente E selbst einen größeren Abstrahlwinkel aufweisen ; in einem derartigen Fall wird der effektive Abstrahlbereich nicht durch die Auslöseelemente E sondern durch das Abschattungselement 32 mit Öffnung 34 aufweisenden Auslöseeinheit 18 bestimmt.

Die Funktionsweise der Vorrichtung 10'wird nachfolgend anhand der Fign. 2 bis 4 kurz erläutert.

Die Phototransistoren T sind mit durch Lichteinfall oder IR-Strahlungseinfall veranderbaren Widerstanden im MOhm-Bereich (bei Dunkelheit) und einigen 10 Ohm (bei.

Belichtung) vergleichbar. Ist ein derartiger Photo- transistor voll belichtet, wie es beispielsweise in Fig. 2 bei dem durch das IR-Emitterelement En belichteten Transistor Tn der Fall ist, so überträgt dieser Phototransistor die an seinem Kollektor anliegende Teilerspannung Un fast vollstandig auf die gemeinsame Meßleitung 16. Der in Bewegungsrichtung des Abschattungselements (siehe die Bewegungsabfolge des Abschattungselements 32 gemäß den Fign. 2 bis 4) nächste Phototransistor T,,-l ist zwar zu diesem Zeit- punkt auch noch teilbelichtet, kann aber die um AU niedrigere Teilerspannung Un_1 an seinem Kollektor nicht gegen das Potential Un ubertragen.

Beim weiteren Bewegen des Abschattungselementes 32 stellt sich schließlich die Situation gemäß Fig. 3 ein, in der die Phototransistoren Tn und Tnl durch die beiden IR-Emitterelemente En und En1 nur teilbelichtet

sind und somit sich im höherohmigen Zustand befinden.

Die Summe beider Durchlasse ergibt auf der Meßleitung 16 die Meßspannung UM gleich Un-6U/2- In der Situation gemäß Fig. 4 ist der Phototransistor T,-l voll belichtet, so daß die Teilerspannung Un1 auf die Meßleitung 16 durchgeschaltet wird. Der Photo- transistor Tn ist lediglich teilweise belichtet.

Dadurch wird noch ein Anteil von Un am Kollektor dieses Phototransistors Tn auf die Meßleitung 16 gekoppelt. Da die Phototransistoren T eine Diodencharakteristik aufweisen, also eine Durchfluß-und eine Sperrichtung aufweisen, stellt sich auf der Meßleitung 16 eine Meß- <BR> <BR> <BR> spannung UM gleich Unl+u/2 ein. Somit stellen sich auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung"weichell Schalt- übergänge der Phototransistoren T ein, die den sich bei schlagartigen Schaltzustandsänderungen ergebenden treppenförmigen Verlauf der Meßspannung in Abhangigkeit von dem Weg bzw. der Position des Abschattungselements glättet, wodurch eine stetige und differenzierbare Funktion entsteht. Aufgrund dieses Funktionsverlaufs läßt sich die Stellung des Abschattungselements und damit die Stellung des bewegbaren Elements 22 des Weg- gebers auch dann eindeutig und genau bestimmen, wenn die Öffnung 34 sich zwischen zwei benachbarten Photo- transistoren T bzw. IR-Emitterelementen E befindet.

Die vorstehend beschriebene Sensorik zur kontaktlosen und berührungslosen Stellungs-und Wegerkennung ist also insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem zu erkennenden mechanischen Bewegungselement mit- bewegtes IR-Emitterelement optisch IR-Transistoren (Detektoren) einschaltet, von deren jeder (wie in den Figuren dargestellt) mit seinem Kollektor an der Ver- bindung zwischen zwei Widerständen R des Spannungstei-

lers mit n gleichen Widerständen R angeschlossen ist und die anstehende Teilspannung auf die gemeinsame Emitterleitung schaltet, wobei mit der geometrischen Anordnung der IR-Transistoren (Detektoren) eine feste Zuordnung zwischen mechanischem Weg und vom jeweiligen IR-Transistor (Detektor) durchgeschalteter Teilspannung entsteht, die eine eindeutige Aussage aber Weg und Stellung darstellt und bei grogner Anzahl n Widerstände R und Transistoren (Detektoren) eine fast stufenlose wegproportionale Anderung der Meßspannung über den zu erfassenden Weg ermöglicht. Anstelle der IR-Strahlung können auch (sichtbares) Licht, Schall, Ultraschall oder ein Magnetfeld mit den jeweils geeigneten Halb- leiterschaltern verwendet werden.




 
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