DE4232864A1 - Rotation angle, revolution rate and rotation direction measurement - using analogue and digital encoder with differentiation and integration of signals. - Google Patents

Rotation angle, revolution rate and rotation direction measurement - using analogue and digital encoder with differentiation and integration of signals.

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DE4232864A1
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Akira Kawamura
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Abstract

The method involves using a combination rotation encoding disc having a digital and an analogue code region. At least one sensing element continuously increasing in the rotation direction has at least one abrupt transition. The corresp. detection signal is an analogue rotation angle measurement signal. The angle measurement signal is differentiated to form a signal corresp. to the angular speed and indicating the rotation direction. The rotation rate is derived by integrating the number of pulses corresp. to revolutions over a time period. USE/ADVANTAGE - For rotation parameter measurement using rotation encoder, e.g. for CD's. Advantages of digital, or incremental, and analogue measurement techniques and equipment are combined in simultaneous measurement of rotation angle, rate and direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Drehwinkel-, Drehzahl- und Drehrichtungsmessung, die das gleichzeitige Ermitteln des Drehwinkels, der Drehrichtung und der Drehzahl ermöglichen und insbesondere im Zusammenhang mit der Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen rotie­ render plattenförmiger Informationsträger vorteilhaft anwend­ bar sind, wobei das Anwendungsgebiet jedoch nicht auf plat­ tenförmigen Informationsträger beschränkt ist.The invention relates to a method and an arrangement for Angle of rotation, speed and direction of rotation measurement that the simultaneous determination of the angle of rotation, the direction of rotation and enable the speed and especially in context with the recording and playback of information rotie render plate-shaped information carrier advantageous to use are bar, but the field of application is not limited to plat ten-shaped information carrier is limited.

Plattenförmige rotierende Aufzeichnungsträger haben nach der herkömmlichen Schallplatte durch die auch als CD bezeichnete Compact Disc eine neue Renaissance erfahren und werden in zahlreichen Modifikationen als bespielbare und löschbare oder nur abspielbare Informationsträger für Daten-, Audio- und Videosignale verwendet, wobei die Informationen überwie­ gend digital aber auch als Analogsignal spiralförmig oder in Sektoren abgespeichert werden. Darüber hinaus reduziert sich beim CD-Spieler im Gegensatz zum Analogspieler mit dem Ver­ lauf der Platte die Plattendrehzahl. Aufgrund der vielfälti­ gen Ausführungsformen, die sowohl optische, magneto-optische aber auch andere Aufzeichnungsträger beinhalten können, soll nachfolgend für plattenförmige Informationsträger umfassend der Begriff Disc verwendet werden.According to the conventional record by the also called CD Compact Disc are experiencing a new renaissance and are in numerous modifications as recordable and erasable or only playable information carriers for data, audio and video signals, the information being predominant digital but also as an analog signal spiral or in Sectors can be saved. It also reduces in the CD player in contrast to the analog player with the Ver run the disk speed. Because of the diverse gene embodiments that are both optical, magneto-optical but can also contain other record carriers below for plate-shaped information carriers the term disc can be used.

Die Qualität der Aufzeichnung und Wiedergabe von Informatio­ nen sowie die Informationsdichte und Abtastgeschwindigkeit der Disc werden wesentlich von der Präzision der Lokalisie­ rung des Aufzeichnungs- bzw. Wiedergabeortes und der Ab­ tastung bzw. Aufzeichnung bestimmt, so daß es erforderlich ist, den Drehwinkel bzw. die aktuelle Position des rotieren­ den Informationsträgers bzw. einer Disc, ihre Drehzahl und ihre Drehrichtung mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit zu ermitteln und zu beeinflussen. The quality of the recording and playback of informatio as well as the information density and scanning speed the disc are essential by the precision of the localization tion of the recording or playback location and the Ab determination or recording determined so that it is required is the angle of rotation or the current position of the rotate the information carrier or a disc, its speed and their direction of rotation with little effort and high accuracy to identify and influence.  

Zur Drehzahlmessung sind zahlreiche analoge und inkrementale Drehzahlmeßverfahren bekannt, vgl. MOCZALA, Helmut u. a.: "Elektrische Kleinstmotoren und ihr Einsatz, in Kontakt & Studium Band 34", Expert-Verlag, 1979, S. 229-239. Diese Drehzahlmeßverfahren ermöglichen es jedoch nicht, gleichzei­ tig auch die aktuelle Lage des rotierenden Körpers bzw. den absoluten Drehwinkel zu erfassen.There are numerous analog and incremental ones for speed measurement Known speed measurement method, cf. MOCZALA, Helmut u. a .: "Small electric motors and their use, in contact & Studium Band 34 ", Expert-Verlag, 1979, pp. 229-239. This However, speed measurement methods do not make it possible at the same time also the current position of the rotating body or the to record the absolute angle of rotation.

Um gleichzeitig den Drehwinkel, die Drehzahl und die Dreh­ richtung zu ermitteln, kann eine Codierscheibe verwendet wer­ den, mit der der Drehwinkel unmittelbar in eine Binärzahl in Paralleldarstellung umgewandelt wird, vgl. VEN-Handbuch, "Die Technik der elektrischen Antriebe", VEB Verlag Technik Berlin, 1963, S. 408. Die Codierscheibe, die auch als Dreh­ winkelleser oder Umlaufkodierer bezeichnet wird, stellt ei­ nen inkrementalen Geber dar, dessen Nachteil darin besteht, daß der Meßwert stets ein Mittelwert ist, der entsprechend der Meßzeit außerdem verzögert angezeigt wird. Der Drehwin­ kel wird absolut als digitales Signal ausgelesen und seine Auflösung wesentlich von der Anzahl der Teilungen der Kodier­ scheibe und ihrer Genauigkeit beeinflußt, vgl. Fig. 2. Da der Drehwinkel durch digitale Signale dargestellt wird, sind weder die Rotationsgeschwindigkeit kontinuierlich ermittel­ bar, noch der Echtzeitlage entsprechende Vergleichsschaltungen verwendbar.In order to simultaneously determine the angle of rotation, the speed and the direction of rotation, a coding disk can be used to convert the angle of rotation directly into a binary number in parallel, cf. VEN manual, "The technology of the electric drives", VEB Verlag Technik Berlin, 1963, p. 408. The encoder disc, which is also referred to as a rotary angle reader or rotary encoder, represents an incremental encoder, the disadvantage of which is that the Measured value is always an average value, which is also displayed with a delay according to the measuring time. The angle of rotation is read out absolutely as a digital signal and its resolution is significantly influenced by the number of divisions of the encoder disk and its accuracy, cf. Fig. 2. Since the angle of rotation is represented by digital signals, neither the rotational speed can be determined continuously nor comparison circuits corresponding to the real-time position can be used.

Als Drehwinkelleser sind weiterhin Potentiometer bekannt, bei denen der Winkel unmittelbar in Echtzeit durch den Wider­ standswert bzw. durch die am Abgriff anliegende Spannung ange­ geben wird. Potentiometer weisen jedoch einen begrenzten Drehwinkel auf, wodurch ihre Verwendung zur fortlaufenden Drehzahlmessung eingeschränkt ist.Potentiometers are also known as rotation angle readers, where the angle is instantaneous in real time through the counter value or due to the voltage applied to the tap will give. However, potentiometers have a limited range Angle of rotation on, making their use continuous Speed measurement is restricted.

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit geringem Aufwand eine gleichzeitige Drehwinkel-, Drehzahl und Drehrichtungsmessung zu ermöglichen, die darüber hinaus die Vorteile digitaler bzw. inkrementaler und analoger Meßverfahren und Meßanordnun­ gen in sich vereinigt.It is an object of the invention, with little effort simultaneous rotation angle, speed and direction of rotation measurement to enable the beyond the benefits of digital  or incremental and analog measuring method and measuring arrangement united in itself.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 7 ange­ gebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the in claims 1 and 7 existing invention solved. Advantageous further developments of Invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird der zwischen digitalen bzw. inkrement­ alen und analogen Meßprinzipien und Meßanordnungen bestehen­ de Widerspruch dadurch gelöst, daß zur Drehwinkel-, Dreh­ zahl- und Drehrichtungsmessung ein in sich inkrementale und analoge Abtastbereiche vereinigender Umlaufkodierer verwen­ det wird, der mindestens ein mit einer Umlaufrichtung konti­ nuierlich anwachsendes Abtastelement mit mindestens einem ab­ rupten Übergang aufweist. Das Abtastelement wird dabei vor­ zugsweise von einer optisch abtastbaren Fläche gebildet, die eine innerhalb eines Kreises angeordnete Spirale ein­ schließt, deren Anfang und Ende nach einer Umdrehung durch einen radial verlaufenden Übergang abrupt verbunden sind. Wesentlich ist, daß der Umlaufkodierer als erstes Merkmal mindestens ein mit einer Umlaufrichtung kontinuierlich an­ wachsendes bzw. mit der anderen Umlaufrichtung kontinuier­ lich abnehmendes Abtastelement aufweist, das zur Bereist­ ellung eines Analogsignals geeignet ist, das zum Ermitteln der aktuellen Position des rotierenden Körpers bzw. seines Drehwinkels geeignet ist. Das kontinuierlich anwachsende Ab­ tastelement kann auch von einer einen Zylinder umspannenden rechteckigen Fläche oder von einem kontinuierlich hinsicht­ lich seines Schwärzungsgrades anwachsenden Graukeil gebildet werden. Der Anstieg bzw. Grad der Zunahme kann dabei entwe­ der linear oder nichtlinear sein. Das zweite wesentliche Merkmal des Umlaufkodierers besteht darin, daß das Abtastele­ ment gleichzeitig mindestens einen abrupten Übergang auf­ weist, der vorzugsweise an einem Punkt gebildet wird, an dem der Anfang und das Ende des sich mit der Umlaufrichtung kon­ tinuierlich verändernden Abtastelementes zusammentreffen. Bei der Verwendung mehrerer sich mit der Umlaufrichtung kon­ tinuierlich verändernder Abtastelemente werden diese vor­ zugsweise durch Ankettung jeweils eines Anfangs an das Ende eines vorangehenden Abtastelementes zu einem endlosen Umlauf­ kodierer zusammengefügt. Im wesentlichen wird der Umlaufko­ dierer mindestens von einer beispielsweise rechteckigen Flä­ che gebildet, durch deren vorzugsweise optische Abtastung ein den Drehwinkel entsprechendes analoges Drehwinkelmeßsi­ gnal gebildet wird, daß unmittelbar der aktuellen Lage bzw. den aktuellen Drehwinkel ohne Zeitverzögerung entspricht. Da das Abtastelement nach einer Umdrehung mindestens einen ab­ rupten Übergang aufweist, können ein Anfangs- und ein End­ punkt sowie jeder Winkel im Bereich von 0° bis 360° exakt an­ hand des Abtastsignals bestimmt werden. Ein Analogsignalmeß­ einrichtungen anhaftender Nachteil hinsichtlich Langzeitkon­ stanz wird dadurch beseitigt daß die Meßeinrichtung nach jeweils einer Umdrehung, die einem Signalanteil von 100% bzw. 360° entspricht, selbstkorrigierend ausgeführt werden kann. Da ein Analogsignal verwendet wird, kann eine Winkel­ auflösung erreicht werden, die lediglich von der Konstanz und Regelgenauigkeit des Abtastsignaldetektors begrenzt wird.According to the invention, the digital or incremental alen and analog measuring principles and measuring arrangements exist de contradiction solved in that the angle of rotation, rotation measurement of number and direction of rotation incremental and use analog scanning areas of recirculating encoders is detected, the at least one with a direction of rotation nuously growing scanning element with at least one ruptured transition. The scanning element is in front preferably formed by an optically scannable surface that a spiral arranged within a circle closes, the beginning and end of which after one turn a radial transition are abruptly connected. It is essential that the rotary encoder is the first feature at least one with a direction of rotation continuously growing or with the other direction of rotation continuously Lich decreasing sensing element that traveled Is an analog signal suitable for determining the current position of the rotating body or its Angle of rotation is suitable. The continuously growing Ab probe element can also be of a cylinder spanning rectangular area or from a continuous perspective Lich gray wedge formed by its degree of blackening become. The increase or degree of increase can either which can be linear or non-linear. The second essential A feature of the rotary encoder is that the scab ment at least one abrupt transition at the same time points, which is preferably formed at a point at which the beginning and end of the con with the direction of rotation met continuously changing sensing element. When using several con with the direction of rotation  continuously changing scanning elements become these preferably by chained one beginning to the end a preceding scanning element to an endless circulation encoder assembled. In essence, the circulation ko dier at least one example of a rectangular area che formed by their preferably optical scanning an analog rotation angle measurement corresponding to the rotation angle gnal is formed that immediately the current situation or corresponds to the current angle of rotation without time delay. There the scanning element after at least one revolution rupten transition, can have a start and an end point and every angle in the range from 0 ° to 360 ° be determined by the scanning signal. An analog signal measurement facilities inherent disadvantage with respect to long-term Punching is eliminated in that the measuring device after one revolution each, which has a signal component of 100% or 360 °, are self-correcting can. Since an analog signal is used, an angle can resolution can only be achieved by constancy and control accuracy of the scanning signal detector is limited.

Der Abtastsignaldetektor stellt beim Abtasten einer rechtec­ kigen Fläche ein sogenanntes Sägezahnsignal bereit, aus dem durch Differentiation ein Winkelgeschwindigkeitssignal ab­ leitbar ist, dessen Polarität die Drehrichtung kennzeichnet. Das Winkelgeschwindigkeitsmeßsignal ist ein Impulssignal, dessen Impulszahl der Anzahl der Umdrehungen äquivalent ist, so daß durch Integration über einen Zeitraum, die vorzugswei­ se mit einem Zähler durchgeführt wird, ein digitales Dreh­ zahlmeßsignal zur Verfügung steht.The scanning signal detector represents when scanning a right c kigen area ready a so-called sawtooth signal from which by differentiation from an angular velocity signal is conductive, the polarity of which indicates the direction of rotation. The angular velocity measurement signal is a pulse signal whose number of pulses is equivalent to the number of revolutions, so that through integration over a period of time, which is preferably is done with a counter, a digital spin number measurement signal is available.

Mit dem Verfahren und der Anordnung können somit gleichzei­ tig eine Drehwinkel-, Drehrichtungs- und Drehzahlmessung durchgeführt werden, wobei das Drehwinkelmeßsignal vorteil­ haft ein Analogsignal ist und das Drehzahlmeßsignal von ei­ nem Digitalsignal gebildet wird. With the method and the arrangement can thus at the same time a rotation angle, direction of rotation and speed measurement be carried out, the angle of rotation measurement signal advantageous is an analog signal and the speed measurement signal from egg nem digital signal is formed.  

Dadurch ist der Umlaufkodierer insbesondere in Einheit mit einer Disc zur Drehwinkel-, Drehrichtungs- und Drehzahlmes­ sung geeignet, jedoch nicht auf die Anwendung im Zusammen­ hang mit plattenförmigen Aufzeichnungsträgern eingeschränkt.As a result, the circulation encoder is in particular in one unit a disc for measuring the angle of rotation, direction of rotation and speed suitable, but not for use in combination limited slope with plate-shaped recording media.

Das Verfahren und die Anordnung zur Drehwinkel-, Drehzahl- und Drehrichtungsmessung werden in Ausführungsbeispielen an­ hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The method and the arrangement for the angle of rotation, speed and direction of rotation measurement are used in exemplary embodiments hand explained in more detail by drawings. Show it:

Fig. 1 Prinzipskizze eines plattenförmigen Umlaufkodierers, Fig. 1 schematic diagram of a plate-shaped Umlaufkodierers,

Fig. 2 Abbildung eines bekannten Umlaufkodierers, Fig. 2 illustration of a known Umlaufkodierers,

Fig. 3 Prinzipskizze eines zylindrischen Umlaufkodierers, Fig. 3 shows a schematic sketch of a cylindrical Umlaufkodierers,

Fig. 4 Skizze zur Erläuterung des Kodierprinzips, Fig. 4 drawing for explaining the Kodierprinzips,

Fig. 5 Anordnung zur Drehwinkel-, Drehrichtungs- und Dreh­ zahlmeßsignalerzeugung, Fig. 5 arrangement to the angle of rotation, direction of rotation and rotational zahlmeßsignalerzeugung,

Fig. 6 graphische Darstellung der Drehwinkel- und Drehrich­ tungs- sowie Winkelgeschwindigkeitsmeßsignale, Fig. 6 graphical representation of the angular displacement and rotational Rich tungs- and Winkelgeschwindigkeitsmeßsignale,

Fig. 7 Anordnung zur gleichzeitigen Drehwinkel-, Drehrich­ tungs- und Drehzahlmessung mit einem Reflektionssi­ gnal und Fig. 7 arrangement for simultaneous angle of rotation, direction of rotation and speed measurement with a reflection signal and

Fig. 8 Skizze eines nach dem Durchstrahlprinzip arbeiten­ den Umlaufkodierers. Fig. 8 sketch of a work according to the transmission principle of the rotary encoder.

Fig. 1 entsprechend wird zur Drehwinkel-, Drehzahl- und Dreh­ richtungsmessung ein auf einer Disc 1 angeordneter Umlaufko­ dierer verwendet, der mit der Disc 1 eine Einheit bildet. Die Disc 1 weist einen den Umlaufkodierer bildenden reflek­ tierenden Bereich 2 und einen dunklen bzw. weniger reflektie­ renden Bereich 3 auf. Der reflektierende Bereich 2 und der dunkle Bereich 3 sind spiralförmig aneinandergrenzend ange­ ordnet. Der dunkle Bereich 3 erstreckt sich dabei zwischen dem Rand der kreisförmigen Disc 1 und einer nach innen ver­ laufenden Spirale, die nach einer Umdrehung durch eine radi­ al verlaufende Grade mit dem Anfangspunkt der Spirale verbun­ den ist. Dadurch weist der verwendete Umlaufkodierer ein mit der Umlaufrichtung kontinuierlich anwachsendes Abtastelement mit einem abrupten Übergang auf. Das Abtastelement vereinigt in sich somit sowohl analoge Abtastbereiche, die von der Spi­ rale gebildet werden als auch einen inkrementalen Abtastbe­ reich, der vom abrupten Übergang gebildet wird. Der dieses Abtastelement aufweisende Umlaufkodierer wird mit einem Ab­ tastsignaldetektor, der einen Photodetektor 5 enthält, abge­ tastet. Zum Erzeugen des Abtastsignals wird der Umlaufkodier­ er mit einer Lichtquelle 6 über erste optische Mittel 7 ange­ strahlt, mit denen auf dem Umlaufkodierer eine schmale recht­ eckige Fläche 9 ausgeleuchtet wird. Das von der schmalen aus­ geleuchteten Fläche 9 reflektierte Licht wird dann mit zwei­ ten optischen Mitteln 8 von dem Photodetektor 5 detektiert und in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt, das die zur Drehwinkel-, Drehzahl- und Drehrichtungsmessung erforderli­ chen Signalkomponenten enthält. Durch den das vorstehend be­ schriebene Abtastelement enthaltenden Umlaufkodierer wird mit dem Abtastsignaldetektor ein Meßsignal bereitgestellt, das beim Rotieren der Disc 1 bzw. des Umlaufkodierers um die Achse 4 ein gleichzeitiges Bestimmen des Drehwinkels bzw. der aktuellen Position der Disc 1, ihrer Drehzahl und ihrer Drehrichtung ermöglicht. Das Meßsignal des Abtastsignaldetek­ tors bzw. das auf dem Photodetektor 5 auftreffende Licht ver­ ändert sich analog zur Änderung der Anteile der reflektieren­ den und dunklen Bereiche 2 und 3 der Disc 1 innerhalb der ausgeleuchteten Fläche 9 während einer Umdrehung der Disc 1. Die Amplitude des Meßsignals entspricht somit dem absoluten Drehwinkel bzw. stellt den absoluten Umlaufwinkel der Disc 1 dar, wobei das Meßsignal bei einem Drehwinkel von 0° bzw. 360° der Drehrichtung der Disc 1 entsprechend sprunghaft ab­ fällt bzw. ansteigt, und dadurch sowohl analoge als auch ei­ nem Digitalsignal entsprechender Anteile enthält, die eine gleichzeitige Drehwinkel- , Drehrichtungs- und Drehzahlmes­ sung sowie ein Detektieren der Winkelgeschwindigkeit ermögli­ chen. Das Drehwinkelmeßsignal dieses Umlaufkodierers ist im Gegensatz zu einem in Fig. 2 dargestellten bekannten Umlauf­ kodierer ein Analogsignal, das in vorteilhafter Weise in Echtzeit dem absoluten Drehwinkel entspricht. Bei dem in Fig. 2 dargestellten bekannten Umlaufkodierer werden der Drehwinkel und die absolute Lage des Winkels als digitales Signal ausgegeben und können somit nicht kontinuierlich als Analogsignal ausgelesen werden. Da der Drehwinkel beim be­ kannten Umlaufkodierer von einem Digitalsignal dargestellt wird, sind auch zum Bestimmen der Rotations- bzw. Winkelge­ schwindigkeit keine analogen Vergleichsschaltungen verwend­ bar. Fig. 1 is accordingly used for rotation angle, speed and direction of rotation measurement arranged on a disc 1 Umlaufko dierer, which forms a unit with the disc 1 . The disc 1 has a reflective region 2 forming the circular encoder and a dark or less reflective region 3 . The reflective area 2 and the dark area 3 are spirally adjacent to each other. The dark area 3 extends between the edge of the circular disc 1 and an inward ver spiral, which is connected to the starting point of the spiral after a revolution by a radial al degree. As a result, the rotary encoder used has a scanning element with an abrupt transition that grows continuously with the rotary direction. The scanning element thus combines both analog scanning areas that are formed by the spiral and an incremental scanning area that is formed by the abrupt transition. The rotary encoder having this scanning element is scanned with a scanning signal detector which contains a photodetector 5 . To generate the scanning signal, the rotary encoder is emitted with a light source 6 via first optical means 7 , with which a narrow, rectangular area 9 is illuminated on the rotary encoder. The light reflected from the narrow surface 9 is then detected by two optical means 8 from the photodetector 5 and converted into an electrical measurement signal which contains the signal components required for measuring the angle of rotation, speed and direction of rotation. By the above-described scanning element containing rotary encoder, a measuring signal is provided with the scanning signal detector which, when the disc 1 or the rotary encoder rotates around the axis 4 , simultaneously determining the angle of rotation or the current position of the disc 1 , its speed and its direction of rotation enables. The measurement signal of the scanning signal detector or the light striking the photodetector 5 changes analogously to the change in the proportions of the reflecting and dark areas 2 and 3 of the disc 1 within the illuminated area 9 during one revolution of the disc 1 . The amplitude of the measurement signal thus corresponds to the absolute angle of rotation or represents the absolute circumferential angle of the disc 1 , the measurement signal at an angle of rotation of 0 ° or 360 ° corresponding to the direction of rotation of the disc 1 abruptly falling or increasing, and thereby both analog and also contains a digital signal of corresponding components, which enable simultaneous rotation angle, direction of rotation and speed measurement as well as detection of the angular velocity. In contrast to a known rotary encoder shown in FIG. 2, the rotary angle measurement signal of this rotary encoder is an analog signal which advantageously corresponds in real time to the absolute rotary angle. In the known rotary encoder shown in FIG. 2, the angle of rotation and the absolute position of the angle are output as a digital signal and can therefore not be read out continuously as an analog signal. Since the angle of rotation in the known rotary encoder is represented by a digital signal, no analog comparison circuits can also be used to determine the speed of rotation or angle.

Ein von dem in Fig. 1 dargestellten Umlaufcodierer gebilde­ tes Meßsignal zur Drehwinkel-, Drehrichtungs- und Drehzahl­ messung kann äquivalent mit einem in Fig. 3 dargestellten Umlaufkodierer gebildet werden. Dabei handelt es sich um ei­ nen Umlaufkodierer für rotierende zylindrische Körper, des­ sen Abtastelement ebenfalls reflektierende und dunkle Berei­ che 2 und 3 aufweist, die an einer mit der Umlaufrichtung meridial ansteigenden Linie aneinandergrenzend angeordnet sind und an einem 0° entsprechenden Anfang bzw. 360° entspre­ chenden Ende einen abrupten Übergang in Form einer axial ver­ laufenden Geraden aufweist, die den Anfang und das ende der Linie miteinander verbindet. Auch dieser Umlaufkodierer ver­ einigt in sich sowohl inkrementale als auch analoge Abtastbe­ reiche mit einem Umlaufrichtung kontinuierlich anwachsenden Abtastelement und einem abrupten Übergang. Den in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Ausführungen für Umlaufkodierer liegt ein Prinzip zugrunde, das mittels Fig. 4 näher erläutert wird. In Fig. 4 ist ein Rechteck dargestellt, dessen Diagona­ le einen reflektierenden Bereich 2 und einen dunklen Bereich 3 trennt. Die in Fig. 1 und Fig. 3 dargestellten Abtastele­ mente der Umlaufkodierer können durch Abwinklung in eine Fig. 4 entsprechende Form überführt werden, die den weiteren Betrachtungen zugrundegelegt wird. Ein dem vorgenannten Prin­ zip entsprechender Umlaufkodierer wird Fig. 5 entsprechend mit einem Abtastsignaldetektor, der einen Photodetektor 5 enthält, abgetastet, wobei das Abtastsignal dadurch gebildet wird, daß das Abtastelement senkrecht an einer im weitesten Sinn als Blende aufzufassenden Fläche 9 vorbeigeführt wird. Mit dem Photodetektor 5 wird dabei ein dem Verhältnis von reflektierender zu dunkler Fläche im ausgeleuchteten Flächen­ bereich 9 entsprechendes Signal detektiert, das dem absolu­ ten Drehwinkel der Disc 1 bzw. des zylindrischen Körpers oder einer Trommel entspricht und bereits zur Drehwinkelmes­ sung verwendet werden kann. Vorzugsweise ist am Photodetek­ tor 5 ein Verstärker 10 angeschlossen, der an seinem Ausgang 11 ein verstärktes Drehwinkelmeßsignal bereitstellt. Das am Photodetektor 5 beziehungsweise Ausgang 11 des Verstärkers 10 verfügbare Drehwinkelmeßsignal weist, die in Fig. 6a dar­ gestellt, eine sägezahnförmige Charakteristik auf. Ein Ampli­ tudenwert A zwischen einem Anfangswert A0 und einem Endwert A1 kann dabei unmittelbar einem absoluten Drehwinkel im Be­ reich zwischen 0° und 360° zugeordnet werden. Der zeitbezoge­ ne Anstieg des sägezahnförmigen Drehwinkelmeßsignals inner­ halb der Zeitpunkte t1 und t2 ist darüber hinaus ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit, das durch Vergleich mit einem Sollwert analog als Differenzsignal oder als Impulssignal R des Drehwinkelmeßsignals mit einem Differenzierglied, das Fig. 5 entsprechend am Ausgang 11 des Verstärkers 10 ange­ schlossen ist, gebildet wird. Das der Winkelgeschwindigkeit entsprechende Impulssignal R mit seinem in Fig. 6b darge­ stellten Verlauf kann darüber hinaus zum Bestimmen der Dreh­ richtung bzw. als Drehrichtungsmeßsignal der Disc 1 oder des Umlaufkodierers verwendet werden, da die Polarität der Span­ nung am Ausgang 13 des Differenziergliedes 12 unmittelbar die Drehrichtung kennzeichnet. Fig. 5 entsprechend ist am Ausgang 13 des Differenziergliedes 12 ein Impulszähler 14 angeschlossen, mit dem die Impulse am Ausgang 13 des Diffe­ renziergliedes 12 gezählt werden. Bei jeder Umdrehung wird ein Impuls erzeugt, so daß am Ausgang 15 des Impulszählers 14 die Anzahl der Umdrehungen bzw. ein Drehzahlmeßsignal zur Verfügung steht.A measurement signal formed by the rotary encoder shown in FIG. 1 for measuring the angle of rotation, direction of rotation and speed can be formed in an equivalent manner to a rotary encoder shown in FIG. 3. This is a rotary encoder for rotating cylindrical bodies, the scanning element of which also has reflective and dark areas 2 and 3 , which are arranged adjacent to each other on a line that rises meridially with the direction of rotation and at a start corresponding to 0 ° or 360 ° Corresponding end has an abrupt transition in the form of an axially running straight line that connects the beginning and end of the line. This rotary encoder also combines both incremental and analog scanning areas with a continuously increasing scanning element and an abrupt transition. The embodiments shown in Fig. 1 and Fig. 3 for Rotary encoder is an underlying principle of which is explained in more detail by means of Fig. 4. In FIG. 4, a rectangle is shown, whose Diagona le a reflective region 2 and separates a dark area 3. The scanning elements shown in FIG. 1 and FIG. 3 of the rotary encoders can be converted into a form corresponding to FIG. 4, which is used as the basis for the further considerations. Wherein the sampling signal is formed by the scanning element is passed vertically on a aufzufassenden in the broadest sense as a diaphragm surface 9 a the aforementioned Prin zip corresponding Rotary encoder is scanned in accordance with a Abtastsignaldetektor which includes a photodetector 5 Fig. 5. With the photodetector 5 , a ratio of reflecting to dark area in the illuminated area 9 corresponding signal is detected, which corresponds to the absolute angle of rotation of the disc 1 or the cylindrical body or a drum and can already be used for the rotation angle measurement. An amplifier 10 is preferably connected to the photodetector 5 and provides an amplified angle of rotation measurement signal at its output 11 . The available at the photodetector 5 or output 11 of the amplifier 10 rotation angle measurement signal, which is shown in Fig. 6a, has a sawtooth characteristic. An amplitude value A between an initial value A0 and an end value A1 can be directly assigned to an absolute angle of rotation in the range between 0 ° and 360 °. The time-related increase in the sawtooth-shaped angle of rotation measurement signal within the times t1 and t2 is also a measure of the angular velocity, which by comparison with a setpoint value analog as a difference signal or as a pulse signal R of the rotation angle measurement signal with a differentiating element, which corresponds to FIG. 5 at the output 11 the amplifier 10 is connected, is formed. The angular velocity corresponding pulse signal R with its curve shown in Fig. 6b Darge can also be used to determine the direction of rotation or as a rotational direction measurement signal of the disc 1 or the rotary encoder, since the polarity of the voltage at the output 13 of the differentiator 12 directly Direction of rotation indicates. Fig. 5 correspondingly, a pulse counter 14 is connected to the output 13 of the differentiator 12 , with which the pulses at the output 13 of the dif ferent member 12 are counted. A pulse is generated with each revolution, so that the number of revolutions or a speed measurement signal is available at the output 15 of the pulse counter 14 .

Dadurch können mit dem Verfahren und der Anordnung in vor­ teilhafter Weise die absolute Winkellage und der Drehwinkel kontinuierlich als analoges Signal bereitgestellt werden, die Drehrichtung einfach ermittelt und ein der Rotations- bzw. Winkelgeschwindigkeit entsprechendes Signal kontinuier­ lich als analoges Signal verfügbar gemacht werden. Darüber hinaus ist der Anzahl der Umdrehung mit einfachen Mitteln zu zählen. Das Drehwinkel-, Drehzahl und Drehrichtungsmeßsi­ gnal stehen dabei, wie anhand von Fig. 7 nochmals besonders deutlich wird, an den Ausgängen 11 bis 15 gleichzeitig zur Verfügung. Fig. 7 stellt eine weitere Ausführung der Erfin­ dung dar, bei der die in Fig. 1 angegebenen ersten und zwei­ ten optischen Mittel 7, 8 wie auch in Fig. 8 von einer Schlitzplatte 16 gebildet werden. Der reflektierende Bereich 2 und der dunkle Bereich 3 entsprechen dabei dem in Fig. 4 dargestellten Prinzip des Abtastelementes. Es sei jedoch er­ wähnt, daß die den reflektierenden Bereich 2 und der dunklen Bereich 3 trennende Linie nicht zwangsläufig geradlinig ver­ laufen muß, sondern auch einen nichtlinearen Verlauf aufwei­ sen kann. Die dem Drehwinkel entsprechenden Amplitudenwerte A sind dann entsprechend zu eichen. Bei den in Fig. 7 und Fig. 8 angegebenen Ausführungen unter Verwendung einer Schlitzplatte 16 sind der Strahlbereich der Lichtquelle 6 und der Empfangsbereich der Photodiode 5 größer als der Schlitz der Schlitzplatte 16, jedoch kleiner als äußere Ab­ messungen der Schlitzplatte 16. Dadurch wird vom Photodetek­ tor 5 nur das reflektierte Licht des reflektierenden Berei­ ches 2 aufgenommen. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausfüh­ rung wird ebenfalls eine Schlitzplatte 16 verwendet, wobei die Lichtquelle 6 und der Photodetektor 5 jedoch beidseitig der Schlitzplatte 16 angeordnet sind und das sogenannte Durchstrahlprinzip angewendet wird. Ein dunkler Bereich 3 deckt dabei dem Drehwinkel entsprechend die Schlitzplatte 16 ab, so daß am Photodetektor 5 ein dem Drehwinkel entsprechen­ des Signal verfügbar ist.As a result, with the method and the arrangement in an advantageous manner, the absolute angular position and the angle of rotation can be continuously provided as an analog signal, the direction of rotation can be easily determined and a signal corresponding to the rotational or angular velocity can be made continuously available as an analog signal. In addition, the number of revolutions can be counted using simple means. The angle of rotation, speed and direction of rotation signal are, as is particularly clear from FIG. 7, at the outputs 11 to 15 simultaneously. Fig. 7 shows a further embodiment of the inven tion, in which the first and two-th optical means 7 , 8 shown in Fig. 1 as in Fig. 8 are formed by a slotted plate 16 . The reflecting area 2 and the dark area 3 correspond to the principle of the scanning element shown in FIG. 4. However, it should be mentioned that the line separating the reflecting area 2 and the dark area 3 does not necessarily have to run in a straight line, but can also have a non-linear course. The amplitude values A corresponding to the angle of rotation must then be calibrated accordingly. At the indicated in Fig. 7 and Fig. 8 embodiments using a slit plate 16, the beam area of the light source 6 and the reception area of the photodiode 5 is larger than the slot of the slot plate 16 but smaller than outer From measurements of the slit plate 16. As a result, only the reflected light of the reflective region 2 is recorded by the photodetector 5 . In the illustrated in Fig. 8 exporting tion a slit plate is also used 16, wherein the light source 6 and the photo detector 5, however, the slit plate are arranged on both sides 16 and the so-called through-beam principle is applied. A dark area 3 covers the slit plate 16 corresponding to the angle of rotation, so that a signal corresponding to the angle of rotation is available at the photodetector 5 .

Den beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß nur ein Photodetektor 5 sowie eine Lichtquelle 6 benötigt wer­ den, um ein dem Drehwinkel entsprechendes Analogsignal und ein der Drehzahl entsprechendes Digitalsignal sowie ein Dreh­ richtungsmeßsignal zu erzeugen, wobei die Ableitung des Dreh­ richtungs- und Drehzahlmeßsignals mit einer einfachen elek­ tronischen Schaltung vorgenommen werden kann. Bei der Fig. 8 entsprechenden Ausführung wurde auf die Darstellung der elek­ tronischen Mittel zum Bilden des Drehrichtungs- und Drehzahl­ meßsignals verzichtet, die hier analog zu Fig. 5 und Fig. 7 vorzusehen sind.The described embodiments have in common that only one photodetector 5 and a light source 6 are required to generate an analog signal corresponding to the angle of rotation and a digital signal corresponding to the speed as well as a rotational direction measurement signal, the derivation of the rotational direction and speed measurement signal with a simple electronic circuit can be made. In the Fig. 8 embodiment corresponding to the direction of rotation and speed measurement signal has been dispensed with the representation of the elec tronic means for forming, to be provided here analogously to Fig. 5 and Fig. 7.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Verfahren und die Anord­ nung zur Drehwinkel-, Drehzahl- und Drehrichtungsmessung hin­ sichtlich ihrer Anwendung nicht auf Informationsträger be­ schränkt sind, sondern generell als Meßverfahren und Meßan­ ordnung verwendet werden können.It should be noted that the procedure and the arrangement to measure the angle of rotation, speed and direction of rotation visibly their application not on information carriers are limited, but generally as a measuring method and Meßan order can be used.

Claims (18)

1. Verfahren zur Drehwinkel-, Drehzahl- und Drehrichtungs­ messung eines rotierenden Körpers mit einem Umlaufko­ dierer, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitale und analoge Abtastbereiche in sich vereinigender Umlaufko­ dierer mit mindestens einem mit der Umlaufrichtung kon­ tinuierlich anwachsenden Abtastelement mit mindestens einem abrupten Übergang verwendet wird, wobei das vom Abtastelement mit einem Abtastsignaldetektor detek­ tierte Abtastsignal ein dem Drehwinkel analoges Drehwin­ kelmeßsignal ist und durch Differenzieren des Drehwin­ kelmeßsignals ein der Winkelgeschwindigkeit entsprechen­ des und die Drehrichtung signalisierendes Winkelge­ schwindigkeitmeßsignal gebildet wird, aus dessen, der Anzahl der Umdrehungen entsprechenden Impulszahl durch Integration über einen Zeitraum ein der Drehzahl ent­ sprechendes Drehzahlmeßsignal gebildet wird.1. A method for measuring the angle of rotation, speed and direction of rotation of a rotating body with a Umlaufko dierer, characterized in that a digital and analog scanning areas in unifying Umlaufko dierer with at least one with the direction of rotation continuously increasing scanning element used with at least one abrupt transition is, where the scanning signal detected by the scanning element with a scanning signal detector is a rotation angle analog rotary signal measurement signal and by differentiating the rotation angle measurement signal corresponding to the angular velocity and the direction of rotation signaling Winkelge speed measurement signal is formed, from the number of revolutions corresponding to the number of pulses by integration over a period of time a speed measuring signal corresponding to the speed is formed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastsignaldetektor ein Photodetektor (5) verwen­ det wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a photodetector ( 5 ) is used as the scanning signal detector. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung aus einer Polarität des durch Dif­ ferentiation gebildeten Winkelgeschwindigkeitssignals ermittelt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the direction of rotation from a polarity of the by Dif ferentiation formed angular velocity signal is determined. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Integration der der Anzahl der Umdrehungen entsprechenden Impulszahl des Winkelge­ schwindigkeitsmeßsignals ein Impulszähler (14) verwen­ det wird, mit dem die Drehzahl digital gemessen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a pulse counter ( 14 ) is used to integrate the number of revolutions corresponding to the number of revolutions of the Winkelge speed signal with which the speed is measured digitally. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Umlaufkodierer mit einer Disc (1) eine Einheit bildend zur Drehwinkel- Drehzahl- und Drehrichtungsmessung der Disc (1) verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the rotary encoder with a disc ( 1 ) forming a unit for measuring the angle of rotation, speed and direction of rotation of the disc ( 1 ) is used. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Umlaufkodierer mit einem drehba­ ren Zylinder eine Einheit bildend zum Messen der aktuel­ len Lage, der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung verwendet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that the rotary encoder with a rotatable Ren cylinder forming a unit for measuring the current len location, speed and direction of movement is used. 7. Anordnung zur Drehwinkel-, Drehzahl und Drehrichtungs­ messung eines rotierenden Körpers mit einem Umlaufko­ dierer, dadurch gekennzeichnet, daß ein in sich digita­ le und analoge Abtastbereich vereinigender Umlaufkodier­ er und ein in einem Meßsignal die zur Drehwinkel-, Drehzahl- und Drehrichtungsmessung erforderlichen Si­ gnalkomponenten bereitstellender Abtastsignaldetektor mit daran angeschlossenen Meßmitteln vorgesehen sind.7. Arrangement for the angle of rotation, speed and direction of rotation measurement of a rotating body with a circulation ko dierer, characterized in that a digita in itself encoding encoding le and analog scanning area he and a in a measurement signal for the angle of rotation, Speed and direction of rotation measurement required Si Scan signal detector providing signal components are provided with measuring equipment connected to it. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkodierer ein mit einer Umlaufrichtung kon­ tinuierlich anwachsendes Abtastelement mit einem abrup­ ten Übergang aufweist.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the circulation encoder a with a rotation direction con continuously growing scanning element with an abrupt has th transition. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abtastelement eine Fläche ist, die eine innerhalb einer Kreisfläche angeordnete Spira­ le einschließt, deren Anfang und Ende durch einen radi­ al verlaufenden Übergang abrupt verbunden sind.9. Arrangement according to one of claims 7 to 8, characterized ge indicates that the scanning element is a surface, the one spira arranged within a circular area le whose beginning and end are marked by a radi al trending transition are abruptly connected. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abtastelement eine rechteckige Fläche ist, die einen Zylinder umspannend angeordnet ist.10. Arrangement according to one of claims 7 to 8, characterized ge indicates that the scanning element is rectangular Surface is arranged spanning a cylinder is. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zylinder umspannende rechteckige Fläche mit ei­ ner Kathete, deren Anfang und Ende in einem Punkt am Umfang des Zylinders zusammentreffen, parallel zur Dreh­ richtung des Zylinders angeordnet ist.11. The arrangement according to claim 10, characterized in that the rectangular area spanning the cylinder with egg ner cathete, the beginning and end of which in one point on the  The circumference of the cylinder meet, parallel to the rotation direction of the cylinder is arranged. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 und 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Abtastelement von einer auf einer Disc (1) angeordneten ersten Fläche gebildet ist, die im Vergleich zu einer an einem Rand der ersten Fläche angrenzenden zweiten Fläche einen anderen Reflek­ tionsgrad aufweist und der Rand einen sich mit der Um­ laufrichtung verändernden Verlauf aufweist.12. Arrangement according to one of claims 5 and 7 to 9, characterized in that the scanning element is formed by a on a disc ( 1 ) arranged first surface, which compared to a second surface adjacent to an edge of the first surface another Has reflectance and the edge has a changing with the direction of the course. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand der den Zylin­ der umspannenden ersten Fläche einen mit der Umlaufrich­ tung von einer Parallelen zur Umlaufrichtung kontinuier­ lich abweichenden Verlauf aufweist und eine an den Rand angrenzende zweite Fläche einen von der ersten Fläche abweichenden Reflektionsgrad aufweist.13. Arrangement according to one of claims 6 to 8 and 10 to 11, characterized in that an edge of the Zylin of the spanning first surface with the orbiting direction direction from a parallel to the direction of rotation continuously Lich deviating course and one to the edge adjacent second surface one of the first surface has a different degree of reflection. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastsignaldetektor ein Photo­ detektor (5) ist.14. Arrangement according to one of claims 7 to 13, characterized in that the scanning signal detector is a photo detector ( 5 ). 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßmittel zur Drehwinkelmessung ein Analogsignalmeßgerät ist.15. Arrangement according to one of claims 7 to 14, characterized characterized in that the measuring means for measuring the angle of rotation is an analog signal measuring device. 16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogsignalmeßgerät ein bezüglich seiner Drift kor­ rigierbares Analogsignalmeßgerät ist.16. The arrangement according to claim 15, characterized in that the analog signal measuring device with respect to its drift kor rigable analog signal measuring device. 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßmittel zur Drehrichtungsmes­ sung eine die Polarität des differenzierten Meßsignals des Abtastsignaldetektors auswertende Meßeinrichtung ist. 17. Arrangement according to one of claims 7 to 15, characterized characterized in that the measuring means for rotational direction a the polarity of the differentiated measurement signal measuring device evaluating the scanning signal detector is.   18. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßmittel zur Drehzahlmessung von einem am Abtastsignaldetektor angeschlossenen Diffe­ renzierglied mit einem dem Differenzierglied nachge­ schalteten Impulszähler (14) gebildet ist.18. Arrangement according to one of claims 7 to 15, characterized in that the measuring means for measuring the speed of a connected to the scanning signal detector diffe renzierlied with a differentiator downstream pulse counter ( 14 ) is formed.
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