DE10329374A1 - Abtastbaueinheit einer Positionsmesseinrichtung - Google Patents
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Abstract
Bei einer Abtastbaueinheit einer Positionsmesseinrichtung zur lichtelektrischen Abtastung eines Maßstabes (1) ist ein Halter (5) in einer Ausnehmung (4) eines Trägers (3) in Richtung des Abtastabstandes A längsgeführt und allseitig drehbar gelagert. Nach erfolgter Justierung des Halters (5) ist dieser am Träger (3) stoffschlüssig befestigt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Abtastbaueinheit einer Positionsmesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- In der
US 4,593,194 ist eine gattungsgemäße Abtastbaueinheit zur lichtelektrischen Abtastung eines Maßstabes beschrieben. Die Abtastbaueinheit besteht aus einem Halter, an dem eine Lichtquelle, eine Linse, eine Abtastplatte sowie ein Detektorarray zueinander ausgerichtet befestigt sind. Ein derartiger Halter ist relativ einfach herstellbar und die an ihm angebrachten Bauelemente automatisiert befestigbar. - Zur korrekten Abtastung des Maßstabs ist es erforderlich, dass der Abtastabstand der Abtastplatte gegenüber dem Maßstab abhängig von den Gitterparametern exakt eingestellt wird. Zusätzlich ist es erforderlich, dass die Winkellage des Abtastgitters der Abtastplatte entsprechend den Anforderungen passend zu den Teilstrichen des Maßstabgitters eingestellt wird.
- Hierzu ist gemäß der
US 4,593,194 der Halter mit einem rohrförmigen Verlängerungsstück versehen, das auf einen zylindrischen Zapfen als Träger aufgesteckt ist. Der Halter ist an dem Zapfen verschiebbar, wodurch der Abtastabstand einstellbar ist und darüber hinaus ist der Halter um den Zapfen in einer horizontalen Ebene drehbar, wodurch die Einstellung des Moiré-Winkels ermöglicht wird. Nach erfolgter Einstellung wird der Halter am Zapfen durch Klemmung festgelegt. - Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist, dass der Zapfen nur eine Verdrehung in der horizontalen Ebene zulässt, und dass darüber hinaus das Verlängerungsstück die Baugröße der Abtastbaueinheit vergrößert. In der
EP 0 548 848 A1 ist in den13A und13C eine Abtastbaueinheit einer Längenmesseinrichtung dargestellt, bei der eine Baugruppe umfassend eine Lichtquelle, eine Linse sowie ein Gitter in einer Ausnehmung eines Trägers relativ zu weiteren Bauteilen der Abtastbaueinheit frei justierbar ist. Nach erfolgter Justierung wird die Baugruppe am Träger durch Schrauben festgeklemmt und zusätzlich durch einen Klebstoff gesichert. - Die kraftschlüssige Festlegung durch Schrauben innerhalb der Ausnehmung ist aufwendig und führt in der Regel zu einer Dejustage. Die Klebespalte für den Klebstoff sind darüber hinaus relativ groß, was sich auf die Festigkeit und Langzeitstabilität nachteilig auswirkt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abtastbaueinheit zu schaffen, mit der eine miniaturisierte Bauform möglich wird und die eine flexible Justierung ermöglicht und bei der die Bauteile nach erfolgter Justierung dauerhaft stabil und einfach fixierbar sind.
- Diese Aufgabe wird durch die Abtastbaueinheit mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Vorteile sowie Details der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren angegeben.
- Es zeigt
-
1 eine Explosionsdarstellung einer Längenmesseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Abtastbaueinheit; -
2 die Längenmesseinrichtung gemäß1 im zusammengebauten Zustand im Längsschnitt; -
3 den Bereich der Abtastbaueinheit der Längenmesseinrichtung in Draufsicht; -
4 den Halter der Abtastbaueinheit im Längsschnitt vergrößert dargestellt; -
5 eine erste perspektivische Ansicht des Halters; -
6 eine zweite perspektivische Ansicht des Halters und -
7 eine Abtastplatte. - Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
1 bis7 beschrieben. Die Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand einer Längenmesseinrichtung, die Erfindung ist aber auch bei einer Winkelmesseinrichtung analog einsetzbar. -
1 zeigt eine räumliche Explosionsdarstellung der erfindungsgemäß ausgestalteten Längenmesseinrichtung und2 zeigt diese Längenmesseinrichtung im zusammengebauten Zustand. Diese Längenmesseinrichtung umfasst einen linearen Maßstab1 mit einer Messteilung101 sowie eine zur Positionsmessung relativ zum Maßstab1 in Messrichtung X verschiebbare Abtastbaueinheit2 . Bei der Relativverschiebung tastet die Ab tastbaueinheit2 den Maßstab1 lichtelektrisch in bekannter Weise ab und erzeugt positionsabhängige elektrische Abtastsignale zur Positionierung zweier zueinander verschiebbarer Bauteile, wobei die Bauteile, an denen die Längenmesseinrichtung angebaut ist, beliebiger Art sein können, es können beispielsweise Bauteile einer Werkzeugmaschine, eines Elektromotors oder eines lithografischen Apparates sein. Dabei kann die Messteilung101 ein inkrementales oder ein ein- oder mehrspuriges absolut codiertes Muster sein. - Zur exakten Positionsmessung ist es erforderlich, dass die Abtastbaueinheit
2 die Messteilung101 des Maßstabs1 in einem festgelegten konstanten Abtastabstand A abtastet. Um dies zu gewährleisten ist die Abtastbaueinheit2 über Gleitelemente oder Rollelemente31 in bekannter Weise am Maßstab1 selbst oder auf einem Träger des Maßstabs1 exakt parallel zum Maßstab1 in Messrichtung X geführt. - Die Abtasteinheit
2 besteht aus einem Träger3 mit einer Ausnehmung4 zur justierbaren Aufnahme eines Halters5 . An dem Halter5 sind zueinander ausgerichtet montiert eine Lichtquelle6 , eine Linse7 als Strahlformungsein8 . Zur automatisierten Montage der Lichtquelle6 ist diese in eine Fassung9 einschnappbar, die wiederum am Halter5 befestigt ist. Anstelle einer Linse7 kann auch eine Strahlformungseinrichtung in Form eines Linsenarrays oder einer Fresnellinse eingesetzt werden. - Oberflächen
10 ,11 der Ausnehmung4 bilden eine Führung, an der der Halter5 in Richtung des Abtastabstandes A – also senkrecht zur Ebene E der abzutastenden Messteilung101 – gleitend verschiebbar ist. Eine dieser Führungsflächen10 ist eine Zylinderfläche, die einerseits parallel zur Richtung des Abtastabstandes A verläuft und andererseits kreisbogenförmig gekrümmt ist, wobei die Achse des Kreisbogens parallel in Richtung des Abtastabstandes A verläuft. An dieser Führungsfläche10 des Trägers3 liegt eine korrespondierend gekrümmte Oberfläche12 des Halters5 an. Diese Oberfläche12 ist eine konvex gekrümmte Zylinderfläche mit einem Krüm mungsradius entsprechend der Führungsfläche10 , wie in5 vergrößert dargestellt ist. - Zum spielfreien Aneinanderdrängen der Oberfläche
12 des Halters5 an die Führungsfläche10 des Trägers3 ist der gekrümmten zylindrischen Oberfläche12 gegenüberliegend am Halter5 ein Federelement13 angeordnet (6 ). Dieses Federelement13 ist eine am Halter5 angeformte federnde Zunge mit einem daran angeformten kugelförmigen Vorsprung14 zur federnden Abstützung an einer weiteren Führungsfläche11 der Ausnehmung4 des Trägers3 . Diese weitere Führungsfläche11 ist eine V- oder U-förmige Rille11 , die in Richtung des Abtastabstandes A verläuft und eine Linearführung für den Vorsprung14 bildet. Der Vorsprung14 ist somit ein Führungselement für den Halter5 . - Der Halter
5 ist auch zur Justierung der Winkellage relativ zum Maßstab1 ausgebildet, indem er in der Ausnehmung allseitig, also um alle drei Drehachsen drehbar ist. Die Justierung des Moiré-Winkels, also die Verdrehung des Halters5 in einer Ebene parallel zur Ebene E und um eine Drehachse D1 parallel zum Abtastabstand A verlaufend ist im dargestellten Ausführungsbeispiel besonders exakt möglich. Dabei wird die in7 dargestellte Abtastteilung801 der Abtastplatte8 zur Messteilung101 ausgerichtet. Die Drehachse D1 geht durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Vorsprungs14 und ist von der optischen Achse O der Linse7 entfernt angeordnet, wodurch eine Untersetzung der Schwenkbewegung erreicht wird. Der Krümmungsradius des Kreisbogens der Führungsfläche10 des Trägers3 ist somit größer als der Abstand zwischen der optischen Achse O und dieser Führungsfläche10 . Der Krümmungsradius der Oberfläche12 entspricht zumindest weitgehend dem Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Vorsprungs14 und der Führungsfläche10 am Träger3 . Die Oberfläche12 ist zumindest in der dargestellten Weise gekrümmt, sie kann aber zusätzlich auch in anderen Richtungen gekrümmt sein, insbesondere eine Kugelöberfläche mit einem Radius entsprechend dem Abstand zur Drehachse D1 aufweisen. Abweichungen von diesem Soll-Radius sind aber unkritisch, da durch das Federelement13 einerseits gewährleistet ist, dass der Vorsprung14 mit der Rille11 vorgespannt in Kontakt bleibt und andererseits die gekrümmte Oberfläche12 mit der Führungsfläche10 zumindest partiell in Kontakt bleibt. - Der Halter
5 berührt somit in jeder Justierstellung den Träger3 innerhalb der Ausnehmung4 an mehreren Punkten111 ,112 ,113 . Diese Punkte111 ,112 ,113 ermöglichen nach erfolgter Justierung eine kräftefreie und trotzdem stabile Festlegung bzw. Fixierung des Halters5 am Träger3 durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Löten, Kleben oder durch Verschweißen. Beim Kleben ist gewährleistet, dass keine oder nur geringe Klebespalte entstehen, dies hat den Vorteil, dass das den Klebstoffen innehabende Quellen keine Dejustierung verursachen kann. Das Verschweißen bzw. Verschmelzen ist besonders vorteilhaft einsetzbar insbesondere das Schweißen mit einem Laserstrahl, wenn der Halter5 und der Träger3 aus Kunststoff, beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polycarbonat bestehen. - Wie bereits erläutert, berührt der Halter
5 den Träger3 in der Ausnehmung4 in jeder Justierstellung an mehreren Punkten111 ,112 ,113 . Diese Punkte111 ,112 ,113 sind vorteilhafterweise über den Umfang der Ausnehmung4 räumlich verteilt, wie in3 dargestellt ist. Der Begriff Punkt schließt Linien sowie Flächenbereiche mit ein, so dass die stoffschlüssige Verbindung an voneinander beabstandeten Flächenbereichen111 ,112 ,113 erfolgt. - Die erläuterte Justierung des Halters
5 in der Ausnehmung4 des Trägers3 erfolgt insbesondere dadurch, dass der Halter5 Angriffsflächen90 für ein Justierwerkzeug aufweist, an denen das Werkzeug angreift. Das Justierwerkzeug ist insbesondere ein in Abhängigkeit der momentanen Abtastsignale der Detektoreinheit15 gesteuerter Manipulator (Roboter), der den Halter5 an den Angriffsflächen90 umgreift. Hierzu ragen die Angriffsflächen90 aus der Ausnehmung4 des Trägers3 hervor. - Beim dargestellten Beispiel ist am Träger
3 eine Detektoreinheit15 befestigt. Diese Detektoreinheit15 kann eine Leiterplatte mit Photoempfängern sein, sie kann alternativ als strukturiertes Detektorarray ausgebildet sein, wobei das Detektorarray dann gleichzeitig die Abtastplatte bildet. Die Detektoreinheit15 kann in nicht dargestellter Weise auch am Halter5 montiert sein.
Claims (11)
- Abtastbaueinheit einer Positionsmesseinrichtung zur lichtelektrischen Abtastung eines Maßstabes (
1 ) in einem festgelegten Abtastabstand A, mit einem Träger (3 ), an dem ein Halter (5 ), umfassend eine Lichtquelle (6 ), eine Strahlformungseinrichtung (7 ) und eine Abtastplatte (8 ) justierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3 ) eine Ausnehmung (4 ) mit Führungsflächen (10 ,11 ) aufweist, an welchen der Halter (5 ) in Richtung des Abtastabstandes A verschiebbar und allseitig drehbar geführt ist, indem der Halter (5 ) an den Führungsflächen (10 ,11 ) des Trägers (3 ) an mehreren Punkten (111 ,112 ,113 ) anliegt und dass der Halter (5 ) nach erfolgter Justierung an diesen Punkten (111 ,112 ,113 ) am Träger (3 ) festgelegt ist. - Abtastbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (
5 ) an diesen Punkten (111 ,112 ,113 ) am Träger (3 ) stoffschlüssig festgelegt ist, insbesondere angeklebt, angeschweißt oder angelötet ist. - Abtastbaueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (
5 ) und der Träger (3 ) aus Kunststoff bestehen und dass der Halter (5 ) an den genannten Punkten (111 ,112 ,113 ) am Träger (3 ) angeschweißt ist. - Abtastbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (
5 ) an den Führungsflächen (10 ,11 ) unter Vorspannung anliegt. - Abtastbaueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorspannung durch ein am Halter (
5 ) angeordnetes Federelement (13 ) bewirkt ist. - Abtastbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Führungsflächen (
10 ) einerseits kreisförmig gekrümmt ist, wobei die Achse D1 des Kreisbogens parallel zur Richtung des Abtastabstandes A verläuft und diese Achse eine Drehachse D1 bildet, um welche der Halter (5 ) drehbar ist. - Abtastbaueinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungseinrichtung eine Linse (
7 ) mit einer optischen Achse (0 ) ist, und dass der Radius des Kreisbogens der Führungsfläche (10 ) größer ist als der Abstand zwischen der optischen Achse (0 ) und der Führungsfläche (10 ). - Abtastbaueinheit nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (
10 ) andererseits parallel zur Richtung des Abtastabstandes A verläuft und somit eine Zylinderfläche bildet. - Abtastbaueinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (
5 ) eine an der Führungsfläche (10 ) anliegende Oberfläche (12 ) aufweist, welche die gleiche kreisbogenförmige Krümmung wie die Führungsfläche (10 ) besitzt. - Abtastbaueinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Führungsfläche (
11 ) des Trägers (3 ) von einer entlang der Richtung des Abtastabstandes A verlaufenden Rille (11 ) gebildet ist, in die ein durch das Federelement (13 ) vorgespanntes Führungselement (14 ) des Halters (5 ) eingreift. - Abtastbaueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (
14 ) eine kugelförmig gekrümmte Oberfläche aufweist, dessen Krümmungsmittelpunkt durch die Drehachse D1 verläuft, um welche der Halter (5 ) drehbar ist.
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