DE19637641B4

DE19637641B4 - Anordnung zum Positionieren eines von einem Gehäuse getragenen lageverstellbaren optoelektronischen Abtastkopfes

Info

Publication number: DE19637641B4
Application number: DE1996137641
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. Böge
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1996-09-16
Filing date: 1996-09-16
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: DE19637641A1

Abstract

Anordnung zum Positionieren eines von einem Gehäuse (1) getragenen lageverstellbaren optoelektronischen Abtastkopfes (7), bei der das Gehäuse (1) eine relativ zu ihm über eine Verstelleinrichtung in einer Verstellrichtung längs eines Verstellweges (f) zwischen einer Ausgangsposition (f₀) und einer maximalen Verstellposition (f_max) verstellbare Halterung (5) trägt, an welcher der Abtastkopf (7) befestigt ist, mit zwei in Verschieberichtung in einem Abstand (H) und parallel zueinander angeordneten federnden Trägerstreifen (2, 3), die mit ihren auf einer Gehäuseseite einander gegenüberliegenden Endbereichen (10) am Gehäuse (1) starr befestigt und mit ihren auf der anderen Gehäuseseite liegenden Endbereichen (11) verschieblich am Gehäuse (1) gelagert sind und jeweils den Zwischenraum (L) zwischen der starren Befestigung und der verschieblichen Lagerung frei hängend überbrücken, wobei die Halterung als ein die Trägerstreifen (2, 3) in der Mitte des überbrückten Zwischenraumes (L) verbindender, zwischen den Trägerstreifen (2, 3) angeordneter und an ihnen befestigter Quersteg (5) ausgebildet ist und die Verstelleinrichtung einen...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Positionieren eines von einem Gehäuse getragenen lageverstellbaren optoelektronischen Abtastkopfes.
Solche Abtastköpfe werden z. B. in optoelektronischen Meßsystemen zur Abtastung von Maßstäben eingesetzt. Dabei unterscheidet man zwischen eigengeführten Meßsystemen, bei denen das den Abtastkopf tragende Gehäuse am Maßband selbst geführt wird, und fremdgeführten Meßsystemen, bei denen das den Abtastkopf tragende Gehäuse und das Maßband voneinander getrennt angebracht und geführt werden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere (wenn auch nicht ausschließlich) auf den letztgenannten Fall der getrennten Anordnung und Führung von Gehäuse (mit Abtastkopf) und Maßband.
Bei solchen Meßsystemen wurde bislang die präzise Lage des Abtastkopfes zum Maßband von der Genauigkeit der Anordnung des Abtastkopfes am bzw. im Gehäuse sowie der Genauigkeit der Zuordnung des Gehäuses zum Maßband im montierten Zustand des Gehäuses festgelegt, somit durch die Herstellungs- und Einbautoleranzen der einzelnen Teile bestimmt. Um die bei solchen Systemen geforderte hohe Genauigkeit der Messung und damit auch der exakten Positionierung des Abtastkopfes relativ zum Maßband zu erreichen, ist bisher ein erheblicher Aufwand zur Erzielung der erforderlichen engen Herstellungs- und Einbautoleranzen erforderlich, was noch durch die dabei vorliegenden engen Raumverhältnisse erschwert wird.
Die DE 40 01 848 C1 beschreibt eine Anordnung zur Verstellung einer Abtastplatte einer Positionsmesseinrichtung mittels einer aufwendigen Hebelanordnung.
In der DE 89 08 384 U1 ist die Verstellung einer Abtastplatte einer Positionsmesseinrichtung mittels einer räumlich verteilten Anordnung von Stellschrauben angegeben.
Die DE 82 06 636 U1 offenbart eine Konstruktion zur Korrektur von Fehlern einer Positionsmesseinrichtung. Hierzu ist ein elektromechanisches Verstellelement vorgesehen, das das Abtastelement in Abhängigkeit eines Korrektursignals in Messrichtung verstellt.
Die Erfindung will hier eine Verbesserung schaffen und eine Anordnung zur Verfügung stellen, die es ermöglicht, selbst unter den bei solchen Systemen gegebenen sehr engen Raumverhältnissen nach der Montage des den Abtastkopf tragenden Gehäuses ein einfach und schnell ausführbares, sehr exaktes Positionieren des Abtastkopfes relativ zum Maßband vornehmen zu können.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Anordnung der eingangs genannten Art erreicht, bei der das Gehäuse eine relativ zu ihm über eine Verstelleinrichtung in einer Verstellrichtung längs eines Verstellweges zwischen einer Ausgangsposition und einer maximalen Verstellposition verstellbare Halterung trägt, wobei zwei in Verschieberichtung in einem Abstand und parallel zueinander angeordnete, federnde Trägerstreifen vorgesehen sind, die mit ihren auf einer Seite einander gegenüberliegenden Endbereichen am Gehäuse starr befestigt und mit ihren anderen Endbereichen verschieblich gelagert sind und jeweils den Zwischenraum zwischen der starren Befestigung und der verschieblichen Lagerung frei hängend überbrücken, ferner die Halterung als ein die Trägerstreifen in der Mitte des überbrückten Zwischenraumes verbindender, zwischen den Trägerstreifen verlaufender und an ihnen befestigter Quersteg ausgebildet ist, und wobei die Verstelleinrichtung einen verdrehbaren Exzenter umfaßt, mittels dessen die Halterung längs des Verstellweges verstellbar ist. Ganz besonders bevorzugt bestehen die beiden Trägerstreifen aus Federstahlblechen, die, erneut bevorzugt, eine Höhe von 0,25 mm und eine Breite von 4,4 mm aufweisen.
Die erfindungsgemäße Positionieranordnung schafft die Möglichkeit einer leichten und hochpräzisen Einstellung der Position des Abtastkopfes relativ zum Maßband, nachdem das Gehäuse montiert wurde, und dies trotz der sehr beengten Raumverhältnisse, die hier gegeben sind, wobei die Positionierung des Abtastkopfes gleichzeitig auch eine Präzisionsführung desselben darstellt. Dabei wird sichergestellt, daß innerhalb des gesamten Verstellweges die Verkippungen des optoelektronischen Abtastkopfes um die Koordinatenachsen, die parallel zur Längsrichtung der Trägerstreifen und senkrecht hierzu verlaufen, außerordentlich gering sind und dadurch eine hochpräzise Ablesung des Maßstabes gewährleistet ist. Gleichzeitig ist die bei der erfindungsgemäßen Anordnung erreichte Präzisionsfürung des Abtastkopfes in Längsrichtung der Trägerstreifen ausreichend längssteif und hinsichtlich einer Torsion um die Längsachse der Trägerstreifen auch ausreichend verdrehsteif, wobei auch die auftretenden Gesamtspannungen (nach Mises) und insbesondere auch die Biegespannungen selbst bei maximalem Verstellweg ohne Schwierigkeit unterhalb der für eine hochpräzise Messung erforderlichen Dehngrenze des eingesetzten Trägerstreifenwerkstoffs liegen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht auch darin, daß der Verstellweg zwischen der Ausgangsposition und der maximalen Verstellposition der Halterung 1,16 mm beträgt. In diesem Fall und bei der Ausbildung der Trägerstreifen aus Federstahlblech mit den weiter oben angegebenen bevorzugten Querschnittsabmessungen läßt sich innerhalb des gesamten Verstellweges eine Verkippung des optoelektronischen Abtastkopfes längs der bereits erwähnten Koordinatenachsen erreichen, die das Winkelmaß 5' um jede derselben nicht überschreitet, wobei hier die Gesamtspannungen (gemäß Mises) und auch die Biegespannungen bei maximalem Verstellweg unterhalb der R_P0,01-Dehngrenze des für die Trägerstreifen eingesetzten Materials liegen, wenn, in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, der zu überbrückende Zwischenraum zwischen den beiden Lagerstellen jedes Trägerstreifens (dieser Zwischenraum sei nachfolgend "Koppellänge" genannt) 40 mm und der Abstand der beiden parallelen Trägerstreifen zueinander (auch "Koppelabstand" genannt) 10 mm beträgt, wobei als zulässige Spannungen für jedes der eingesetzten Federstahlbleche der Wert 680 N/mm² und für die des Gehäuses und des Querstegs 84 N/mm² angesetzt werden und noch ein Sicherheitsfaktor von 2,5 zugrundegelegt wird. Dabei hat sich gezeigt, daß im Falle einer Ausbildung der Anordnung derart, daß auch die frei bewegliche Lagerung der Trägerstreifen durch eine feste, starre Einspannung ersetzt wird, die vorgenannten zulässigen Spannungen nicht eingehalten werden konnten. Es ergab sich weiter, daß gerade die durch die geringen Querschnitte der streifenförmig ausgebildeten, elastisch ausfederbaren Trägerelemente, etwa aus Federstahl-Blech, wie auch eine lineare Federkennlinie wesentliche Eigenschaften sind, die es erst durch ihr Zusammenwirken ermöglichen, maximale Spannungen der Größe, wie sie aufgezeigt wurde, beim Einleiten der für die Erreichung des maximalen Verstellweges erforderlichen äußeren Kräfte einhalten zu können.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der Abtastkopf bevorzugt am Quersteg befestigt, vorteilhafterweise an einem vom Quersteg vorspringenden und mit diesem verbundenen Absatz, der, besonders vorzugsweise, einstückig mit dem Querschnitt ausgebildet ist.
Der Abtastkopf kann dabei in jeder geeigneten Art und Weise befestigt werden, wobei es sich jedoch als ganz besonders vorteilhaft erwiesen hat, ihn an einer geeigneten Stelle des Absatzes anzukleben. Für diese Verklebung können alle geeigneten Klebemittel eingesetzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht auch darin, daß der Exzenter einen vorragenden Exzenterzapfen aufweist, der in einen im Quersteg senkrecht zur Verstellrichtung ausgebildeten Längsschlitz hineinragt, wobei die Breite des Längsschlitzes so gewählt ist, daß der Exzenterzapfen in diesem in dessen Längsrichtung verschiebbar ist. Hierdurch wird erreicht, daß bei einem Verdrehen des Exzenters der Exzenterzapfen unter gleichzeitiger seitlicher Verschiebung im Längsschlitz des Quersteges letzteren in Verstellrichtung bewegt, wobei, ganz besonders bevorzugt, die Verstelleinrichtung zur Einstellung des Verstellweges von der der Halterung abgewandten Seite des Gehäuses aus bedienbar ist.
Die starre Befestigung der Trägerstreifen auf deren einer Seite mit ihren Endbereichen am Gehäuse kann in jeder geeigneten Weise erfolgen. Ganz besonders bevorzugt werden die Trägerstreifen jedoch an ihren starr befestigten Endbereichen am Gehäuse angeklebt, wobei sich im Hinblick auf eine besonders gute und starke Verbindung die Verwendung aushärtender Klebemittel (z. B. Epoxidharz-Kleber) empfiehlt. Besonders günstig ist es dabei, wenn bei der erfindungsgemäßen Anordnung die am Gehäuse angeklebten Endbereiche der Trägerstreifen in parallele Aufnahmeschlitze eingesteckt und dort verklebt sind, wobei diese Schlitze ihrerseits geeignet an einem oder mehreren vom Gehäuse vorstehenden Gehäuse-Seitenschenkel(n) ausgebildet sind.
Was die Endbereiche der federnden Trägerstreifen auf deren anderen Seite, also auf der Seite der verschieblichen Lagerung, betrifft, so werden die Endbereiche dort ganz besonders bevorzugt jeweils auf eine zugeordnete, am Gehäuse bzw. einem Gehäusevorsprung oder auch an einem am Gehäuse befestigten Flansch ausgebildete Lagerfläche verschieblich aufgelegt. Vorteilhafterweise kann dies dadurch geschehen, daß jede der Lagerflächen jeweils auf der Oberseite einer vom Gehäuse vorragenden Stütz- bzw. Lagerplatte ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung stellt mit überraschend geringem Aufwand und einfachen Mitteln eine vorzügliche Möglichkeit zur lokalen Einstellung des Abtastkopfes (mit einer hochpräzisen Führung desselben beim Einstellvorgang) zur Verfügung, wobei nur ein vergleichsweise geringer Platzbedarf und dadurch die Möglichkeit gegeben ist, die erfindungsgemäße Anordnung auch unter sehr beengten Raumverhältnissen unschwer und effektiv einsetzen zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einstellanordnung (mit Darstellung eines zugeordneten Koordinatensystems), und
die 2 und 3 eine nur perspektivische Seitenansicht einer etwas anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, aus der auch (ebenfalls prinzipiell) die Anordnung und Ausbildung der Verstelleinrichtung erkennbar ist, und zwar in der Ausgangsstellung (2) ohne Auslenkung und in der Stellung maximaler Auslenkung (3) der den Abtastkopf tragenden Halterung.
Bei den beiden in den Figuren dargestellten unterschiedlichen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anordnung werden für gleiche bzw. einander entsprechende Teile auch gleiche Bezugszeichen eingesetzt, selbst wenn diese Teile bei den verschiedenen Ausführungsformen etwas unterschiedlich ausgebildet sein sollten.
Die in 1 dargestellte perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Präzisions-Einstellvorrichtung zeigt zunächst ein Aluminium-Gehäuse 1, das eine Längswand 1a aufweist, die an ihrem einen (in 1 rechts liegenden) Ende L-förmig in einen von ihr rechtwinkelig vorspringenden Gehäuse-Seitenschenkel 1b übergeht. In diesem Seitenschenkel 1b sind zwei in einem Abstand H zueinander. versetzte, zueinander parallele Aufnahmeschlitze angebracht, in deren jedem jeweils ein Endbereich 10 eines aus Federstahlblech bestehenden, elastisch ausfederbaren Trägerstreifens 2 bzw. 3 formschlüssig aufgenommen und mittels einer geeigneten (in der Figur nicht dargestellten) Verklebung starr mit dem Seitenschenkel 1b verbunden sind. Die Federstahlstreifen 2 und 3 verlaufen im nicht-belasteten Zustand, der in 1 gezeigt ist, parallel zueinander und auch mit ihren Seitenkanten parallel zu der Längswand 1a des Gehäuses 1, wobei ihre anderen Endbereiche 11 auf zugeordneten, zueinander parallelen Lagerflächen 4a verschiebbar aufliegen. Diese Lagerflächen 4a sind auf der Oberseite von Gehäusevorsprüngen 4 ausgebildet, die ihrerseits an dem dem Seitenschenkel 1b gegenüberliegenden Längsende des Gehäuses 1 von dessen Längswand 1a rechtwinklig (vgl. 1) vorspringen und bevorzugt einstückig mit dieser ausgebildet sind, jedoch prinzipiell auch getrennte, an der Längswand 1a geeignet befestigte und von dieser abnehmbare Teile sein könnten.
Die in 1 dargestellte Konstruktion lagert somit die beiden zueinander parallelen Federstahlstreifen 2 und 3 im Gehäuse 1 mittels einer einseitig starren und auf der gegenüberliegenden Seite verschieblichen Lagerung, wobei die Federstahlstreifen 2 und 3 mit ihren Endbereichen jeweils auf derselben Seite des Gehäuses 1 starr eingespannt bzw. frei verschieblich gelagert sind, wie dies 1 zeigt. Die Darstellung der 1 läßt auch erkennen, daß die Federstahlstreifen 2 und 3 an ihrem dem Seitenschenkel 1b des Gehäuses 1 gegenüberliegenden Endbereich 11 jeweils nicht ganz bis zum Ende der entsprechenden Lagerfläche 4a (in Längsrichtung der Federstahlstreifen 2 und 3 gesehen) aufliegen, sondern an ihrem Ende noch einen kleinen verbleibenden Abstand X zum zugeordneten Ende der jeweiligen Lager- bzw. Auflage-Fläche 4A aufweisen.
Die Federstahlstreifen 2 und 3 sind über einen Quersteg 5 miteinander verbunden, der sich, wie 1 zeigt, über die gesamte Breite b der Federstahlstreifen 2 und 3 erstreckt und auf deren der Längswand 1a des Gehäuses 1 zugewandten Seite sogar noch etwas dorthin übersteht.
Oberhalb und unterhalb des Quersteges 5, nämlich auf der Oberseite des Federstahlstreifens 2 und auf der Unterseite des Federstahlstreifens 3, sind jeweils ein kleiner Ansatzblock 8 bzw. 9 angeordnet, deren Auflagefläche und Lage genau der Lage und Auflagefläche des zugeordneten Endes des Quersteges 5 entsprechen.
Am Quersteg 5 ist, einstückig mit diesem, ein in die der Längswand 1a des Gehäuses entgegengesetzte Richtung vorspringender Ansatz 6 angebracht, der in 1 nur in seiner Lage und Zuordnung zum Quersteg 5 prinzipiell dargestellt ist, wobei seine Befestigung am Quersteg 5 bzw. ein ihn mit diesem verbindender Verbindungssteg in 1 nicht im einzelnen gezeigt sind. Es sei nur darauf hingewiesen, daß der Ansatz 6 nicht an der Seitenfläche des Federstreifens 3 befestigt, sondern – wie schon erwähnt – einstückig mit dem Quersteg 5 verbunden ist. Dies kann in unterschiedlicher Anordnung und Ausgestaltung geschehen, was bei der prinzipiellen Darstellung der 1 offen bleibt.
Auf der Unterseite des Ansatzes 6, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Unterseite des unteren Federstreifens 3 auf etwa gleicher Höhe liegt, ist ein in 1 nur prinzipiell angedeuteter optoelektronischer Abtastkopf 7 angeordnet, mittels dessen ein in 1 nicht gezeigter, unter dem Abtastkopf 7 (d. h. in einer der Lage des Federstreifens 2 relativ zum Federstreifen 3 entgegengesetzten Richtung) angeordneter Maßstab, der seinerseits an einem Maschinenbett o. ä. befestigt sein kann, gelesen bzw. abgetastet werden.
Der Quersteg 5 kann mittels einer in 1 nicht gezeigten Verstelleinrichtung so relativ zum Gehäuse lageverstellt werden, daß er in Richtung des Pfeiles v (nach "unten" hin) von einer in 1 in ausgezogenen Linien dargestellten Ausgangslage f₀ über einen Verstellweg f bis zu einer maximalen Auslenkung f_max zwangsweise ausgelenkt werden, wodurch der Abtastkopf 7 in die in 1 gestrichelt eingezeichnete maximale Verstellposition überführt werden kann. Dabei werden die in der Ausgangsstellung f₀ parallel am Gehäuse gelagerten Federstreifen 2 und 3 elastisch entsprechend nach unten hin ausgelenkt und führen gleichzeitig den Quersteg 5 und damit den an diesem angebrachten Ansatz 6 mit dem Abtastkopf 7 (in präziser Führung bei der Lageveränderung) bis zu der gewünschten Verstellposition.
Diese Auslenkung ist gut aus den Darstellungen der 2 und 3 einer etwas anderen Ausbildungsform einer solchen Anordnung entnehmbar. Die Federstahlstreifen 2 und 3 sind in den 2 und 3 nur ganz prinzipiell jeweils durch eine dicke Linie dargestellt, wobei 2 den Zustand in der Ausgangsposition f₀ zeigt, also in der Lage, in der die Federbänder 2 und 3 parallel liegen und noch keine Verstellung der Lage des Quersteges 5 vorgenommen wurde, während in 3 die Situation bei maximalem Verstellweg f_max gezeigt ist.
Bei den Darstellungen der 2 und 3 weist das Gehäuse 1 neben seiner Längswand 1a und dem Seitenschenkel 1b an dem Ende, an dem die Federstreifen 2 und 3 fest und starr am Gehäuse 1 eingespannt sind, auch noch am gegenüberliegenden Gehäuseende einen ebenfalls senkrecht von der Gehäuse-Längswand 1a nach vorne vorspringenden Gehäuse-Seitenschenkel 1c auf, von dem in Richtung auf den gegenüberliegenden Seitenschenkel 1b hin zwei zueinander parallel ausgerichtete Vorsprünge 4 vorragen, die jeweils auf ihrer Oberseite eine Lagerfläche 4A für den jeweils zugeordneten Endbereich 11 des betreffenden Federstreifens 2 bzw. 3 ausbilden. Dabei sind die Seitenschenkel 1b und 1c an ihrem oberen, d. h. dem Abtastkopf 7 abgewandten, Ende mittels einer Verbindungswand 1c miteinander verbunden, welche die Federstreifen 2 und 3 nach oben hin abdeckt. Alle diese Gehäuseabschnitte sind einstückig miteinander ausgebildet und bestehen aus Aluminium.
In der Gehäuse-Längswand 1a ist verdrehbar ein zylindrischer Lagerzapfen eines Exzenters 12 gelagert, wobei die Lagerung in den 2 und 3 nur ganz grundsätzlich durch die Darstellung prinzipieller Lagerelemente 15 angedeutet wird. An der Stirnseite des zylindrischen Lagerzapfens des Exzenters 12 ragt ein zur Drehachse des Exzenters 12 um einen Abstand e versetzter, im Querschnitt kreisringförmiger Exzenterzapfen 13 vor, der in eine auf der zugewandten Rückseite des Quersteges 5 ausgebildete und zu dieser Rückseite hin offene, quer zur Verschieberichtung v des Quersteges 5 verlaufende Führungsnut 14 hineinragt. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform liegt der Exzenterzapfen 13 in der Ausgangsposition f₀ um 90° zur Verstellrichtung v des Quersteges 5 versetzt. Durch eine Drehung um 90° des Exzenters 12 in Richtung zum Abtastkopf 7 hin (bei 2 somit: entgegen dem Uhrzeigersinn) erfolgt eine zwangsweise Verschiebung des Querzapfens 5 (und damit auch des an diesem befestigten Abtastkopfes 7) in Richtung auf einen an einem Maschinenteil 17 (etwa einem Maschinenbett) befestigten Maßstab 16 hin, wobei nach Ausführung der 90°-Drehung der Exzenter 12 in die in 3 dargestellte Position des Erreichens einer maximalen Auslenkung für den Quersteg 5 (und damit des an ihm befestigten Abtastkopfes 7) gelangt: Die in 3 prinzipiell dargestellte Lage, nämlich die maximale Verstellposition f_max für den Abtastkopf 7, ist damit erreicht, wobei die ursprünglich in der Ausgangsstellung der 2 vorliegende Entfernung H1 zwischen dem Abtastkopf 7 und dem Maßstab 6 in dieser maximalen Verstellposition f_max auf H1–e verkleinert wurde.
Wie die 2 und 3 auch zeigen, ist am Quersteg 5 ein kleiner seitlicher, auf den Seitenschenkel 1d hin vorragender Quersteg-Vorsprung 5A vorgesehen, von dem aus die Nut 14, in welche der Exzenterzapfen 13 des Exzenters 12 eingreift, ausgeht.
Bei den in den Figuren dargestellten Anordnungen der Federelemente 2 und 3, die im Prinzip ein Blattfeder-Doppelgelenk mit einer einseitig festen Einspannung mit Loslager ausbilden, weisen die eingesetzten Federstahlbleche für die Trägerstreifen 2 und 3 eine Höhe h von 0,25 mm und eine Breite b von 4,4 mm auf, wobei (unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors von 2,5) die zulässigen Spannungen der eingesetzten Federstahlbleche jeweils 680 N/mm² und die des Aluminiumgehäuses 1 sowie des ebenfalls aus Aluminium bestehenden Quersteges 5 jeweils 84 N/mm² betragen. Hierdurch läßt sich innerhalb des gesamten Verstellweges f eine maximale Verkippung des optoelektronischen Abtastkopfes 7 von 5' bezüglich der Verkippachsen X und Y (vgl. 1, rechte Darstellung, in der ein Bezugs-Koordinatensystem X, Y, Z angegeben ist, in dem die Lage der Achse X in Längsrichtung der Federbänder 2, 3, die Lage der Achse Y senkrecht hierzu und parallel zu der Oberfläche der nicht-ausgelenkten Federstreifen 2 und 3 sowie die Lage der Achse 6 senkrecht zu der der Achsen X und Y postuliert wird). Dabei betragen die vorhandenen äußeren Kräfte zur Auslenkung des Quersteges 5 in X-Richtung 0,4 N und in Z-Richtung 1 N, wobei die angegebene maximale Verkippung des Abtastkopfes um die X- und Y-Achse auch unter Einwirkung dieser Verstellkräfte nicht überschritten wird. Dies bedeutet, daß die Anordnung in X-Richtung ausreichend längssteif und auch hinsichtlich einer Verdrehung um die X-Achse ausreichend verdrehsteif ist. Die Gesamtspannungen (gemäß Mises) und auch die Biegespannungen ergeben sich selbst bei Einstellung des maximalen Verstellweges von 1,16 mm in einer Größe, die unterhalb der R_P0,01-Dehngrenze des für die Federelemente 2 und 3 eingesetzten Materiales liegen.
Die Koppellänge L (vgl. 1), die den Abstand zwischen der festen und der verschieblichen Lagerung der Federstreifen 2 und 3 angibt, also den Bereich, in dem die Federstreifen 2 und 3 zwischen ihren beidseitigen Lagern den Zwischenraum frei überbrücken, beträgt bei den gezeigten Ausführungsbeispielen nur 40 mm und der Abstand H der Federstreifen 2 und 3 zueinander ("Koppelabstand") nur 10 mm.
Die dargestellten Anordnungen gewährleisten eine präzise Führung des optoelektronischen Abtastkopfes 7 bei einer Auslenkung des Quersteges 5 und damit des Abtastkopfes 7.
Der Quersteg 5 bildet somit zugleich die Aufnahme für den Abtastkopf 7, das Angriffselement für die Verstelleinrichtung durch Eingriff des Exzenterzapfens 13 in die am Quersteg 5 ausgebildete Quernut 14 und zudem eine feste Verbindung zwischen den Federstreifen 2 und 3 aus.
Mit den dargestellten Anordnungen konnten bei den angegebenen Materialien und Abmessungen folgende Werte erzielt werden:
Vorhandene Spannungen (nach Mises) für Federstahlblech: 590 N/mm²
vorhandene Spannungen (nach Mises) für Gehäuse + Quersteg: 55 N/mm²
Verkippung des optoelektronischen Abtastkopfes um die X-Achse (Flächenverlagerung): 9,0''
Verkippung des Abtastkopfes um die Y-Achse (Flächenverlagerung): 38,0''

Claims

Anordnung zum Positionieren eines von einem Gehäuse (1) getragenen lageverstellbaren optoelektronischen Abtastkopfes (7), bei der das Gehäuse (1) eine relativ zu ihm über eine Verstelleinrichtung in einer Verstellrichtung längs eines Verstellweges (f) zwischen einer Ausgangsposition (f₀) und einer maximalen Verstellposition (f_max) verstellbare Halterung (5) trägt, an welcher der Abtastkopf (7) befestigt ist, mit zwei in Verschieberichtung in einem Abstand (H) und parallel zueinander angeordneten federnden Trägerstreifen (2, 3), die mit ihren auf einer Gehäuseseite einander gegenüberliegenden Endbereichen (10) am Gehäuse (1) starr befestigt und mit ihren auf der anderen Gehäuseseite liegenden Endbereichen (11) verschieblich am Gehäuse (1) gelagert sind und jeweils den Zwischenraum (L) zwischen der starren Befestigung und der verschieblichen Lagerung frei hängend überbrücken, wobei die Halterung als ein die Trägerstreifen (2, 3) in der Mitte des überbrückten Zwischenraumes (L) verbindender, zwischen den Trägerstreifen (2, 3) angeordneter und an ihnen befestigter Quersteg (5) ausgebildet ist und die Verstelleinrichtung einen verdrehbaren Exzenter (12) umfaßt, mittels dessen die Halterung (5) längs des Verstellweges (f) verstellbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Trägerstreifen (2, 3) aus Federstahlblech bestehen.
Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Federstahlbleche (2, 3) eine Höhe (h) von 0,25 mm und eine Breite (B) von 4,4 mm aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Gehäuse (1) aus Aluminium besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Abtastkopf (7) an einem vom Quersteg (5) vorspringenden Absatz (6) befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 5, bei welcher der Quersteg (5) und der Absatz (6) einstückig miteinander ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher der Abtastkopf (7) am Absatz (6) angeklebt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher der Exzenter (12) im Gehäuse (1) gelagert ist und einen vorragenden Exzenterzapfen (13) aufweist, der in einen im Quersteg (5) senkrecht zur Verstellrichtung ausgebildeten Längsschlitz (14) hineinragt, in dem er seitlich verschiebbar geführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Verstellweg (f) zwischen der Ausgangsposition (f₀) und der maximalen Verstellposition (f_max) der Halterung (5) 1,16 mm beträgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Verstelleinrichtung zur Einstellung des Verstellweges (f) von der der Halterung (5) abgewandten Seite des Gehäuses (1) aus bedienbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Trägerstreifen (2, 3) an ihren starr befestigten Endbereichen (10) am Gehäuse (1) angeklebt sind.
Anordnung nach Anspruch 11, bei der die am Gehäuse (1) angeklebten Endbereiche (10) der Trägerstreifen (2, 3) in parallele Aufnahmeschlitze eingesteckt und dort verklebt sind, die ihrerseits in (einem) vorstehenden Seitenschenkel(n) (1b) des Gehäuses (1) ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der jeder der verschieblich gelagerten Endbereiche (11) der federnden Trägerstreifen (2, 3) auf einer zugeordneten Lagerfläche (4A) verschieblich aufliegt.
Anordnung nach Anspruch 13, bei der jede der zugeordneten Lagerflächen (4A) jeweils auf der Oberseite einer vom Gehäuse (1) vorragenden Lagerplatte (4) ausgebildet ist.